以下では、本発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
本発明の実施形態では、六方晶からなるSiC(炭化シリコン)単結晶が適用される。六方晶からなるSiC単結晶は、原子配列の周期に応じて、2H(Hexagonal)-SiC単結晶、4H-SiC単結晶および6H-SiC単結晶を含む複数種のポリタイプを有している。本発明の実施形態では、4H-SiC単結晶が適用された例について説明するが、他のポリタイプを本発明から除外するものではない。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.
In the embodiment of the present invention, a hexagonal SiC (silicon carbide) single crystal is applied. Hexagonal SiC single crystals have a plurality of polytypes, including 2H (Hexagonal)-SiC single crystals, 4H-SiC single crystals and 6H-SiC single crystals, depending on the period of the atomic arrangement. In the embodiments of the present invention, examples in which 4H—SiC single crystals are applied will be described, but other polytypes are not excluded from the present invention.
以下、4H-SiC単結晶の結晶構造について説明する。図1は、本発明の実施形態に適用される4H-SiC単結晶の単位セル(以下、単に「単位セル」という。)を示す図である。図2は、図1に示す単位セルのシリコン面を示す平面図である。
図1および図2を参照して、単位セルは、1つのSi原子に対して4つのC原子が四面体配列(正四面体配列)の関係で結合された四面体構造を含む。単位セルは、四面体構造が4周期積層された原子配列を有している。単位セルは、正六角形のシリコン面、正六角形のカーボン面、ならびに、シリコン面およびカーボン面を接続する6つの側面を有する六角柱構造を有している。
The crystal structure of the 4H—SiC single crystal will be described below. FIG. 1 is a diagram showing a 4H—SiC single crystal unit cell (hereinafter simply referred to as “unit cell”) applied to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a plan view showing the silicon surface of the unit cell shown in FIG.
1 and 2, the unit cell includes a tetrahedral structure in which four C atoms are bonded to one Si atom in a tetrahedral arrangement (regular tetrahedral arrangement). The unit cell has an atomic arrangement in which four tetrahedral structures are stacked. The unit cell has a hexagonal prism structure having a regular hexagonal silicon face, a regular hexagonal carbon face, and six sides connecting the silicon face and the carbon face.
シリコン面は、Si原子によって終端された終端面である。シリコン面では、正六角形の6つの頂点に1つのSi原子がそれぞれ位置し、正六角形の中心に1つのSi原子が位置している。
カーボン面は、C原子によって終端された終端面である。カーボン面では、正六角形の6つの頂点に1つのC原子がそれぞれ位置し、正六角形の中心に1つのC原子が位置している。
A silicon plane is a termination plane terminated by Si atoms. On the silicon surface, one Si atom is positioned at each of six vertexes of a regular hexagon, and one Si atom is positioned at the center of the regular hexagon.
A carbon face is a terminated face terminated by C atoms. In the carbon plane, one C atom is positioned at each of six vertexes of a regular hexagon, and one C atom is positioned at the center of the regular hexagon.
単位セルの結晶面は、a1軸、a2軸、a3軸およびc軸を含む4つの座標軸(a1,a2,a3,c)によって定義される。4つの座標軸のうちのa3の値は、-(a1+a2)の値をとる。以下、六方晶の終端面の一例としてのシリコン面を基準にして、4H-SiC単結晶の結晶面について説明する。
a1軸、a2軸およびa3軸は、シリコン面をc軸方向から見た平面視において、中心に位置するSi原子を基準に、最近接するSi原子の配列方向(以下、単に「最近接原子方向」という。)に沿ってそれぞれ設定されている。a1軸、a2軸およびa3軸は、それぞれ、Si原子の配列に倣って120°ずつ角度をずらして設定されている。
The crystal planes of the unit cell are defined by four coordinate axes (a1, a2, a3, c) including the a1, a2, a3 and c axes. The value of a3 among the four coordinate axes takes the value of -(a1+a2). Crystal planes of a 4H—SiC single crystal will be described below with reference to a silicon plane as an example of a hexagonal termination plane.
The a1-axis, a2-axis and a3-axis are the arrangement directions of the Si atoms closest to the central Si atom (hereinafter simply referred to as the "nearest atom direction") in a plan view of the silicon surface viewed from the c-axis direction. ) are set accordingly. The a1-axis, the a2-axis and the a3-axis are each set with an angle shifted by 120° following the arrangement of Si atoms.
c軸は、中心に位置するSi原子を基準に、シリコン面の法線方向に設定されている。シリコン面は、(0001)面である。カーボン面は、(000-1)面である。
六角柱の側面は、シリコン面をc軸方向から見た平面視において、最近接原子方向に沿う6つの結晶面を含む。六角柱の側面は、より具体的には、シリコン面をc軸方向から見た平面視において、最近接する2つのSi原子をそれぞれ含む6つの結晶面を含む。
The c-axis is set in the normal direction of the silicon surface with reference to the Si atoms positioned at the center. The silicon plane is the (0001) plane. The carbon plane is the (000-1) plane.
The side surfaces of the hexagonal prism include six crystal planes along the direction of the closest atoms in a plan view of the silicon plane viewed from the c-axis direction. More specifically, the side surfaces of the hexagonal column include six crystal planes each containing two nearest Si atoms in a plan view of the silicon plane viewed from the c-axis direction.
六角柱の側面は、シリコン面をc軸方向から見た平面視において、a1軸の先端から時計回りに(1-100)面、(0-110)面、(-1010)面、(-1100)面、(01-10)面および(10-10)面を含む。
六角柱の対角線に沿う対角面は、シリコン面をc軸方向から見た平面視において、最近接原子方向に交差する交差方向に沿う6つの結晶面を含む。六角柱の対角面は、より具体的には、シリコン面をc軸方向から見た平面視において、最近接しない2つのSi原子をそれぞれ含む6つの結晶面を含む。中心に位置するSi原子を基準に見たとき、最近接原子方向の交差方向は、最近接原子方向に直交する直交方向となる。
The side surfaces of the hexagonal column are (1-100) plane, (0-110) plane, (-1010) plane, and (-1100) plane clockwise from the tip of the a1 axis in a plan view of the silicon plane viewed from the c-axis direction. ), (01-10) and (10-10) planes.
The diagonal planes along the diagonal lines of the hexagonal prism include six crystal planes along the intersecting directions that intersect the direction of the closest atom in a plan view of the silicon plane viewed from the c-axis direction. More specifically, the diagonal planes of the hexagonal prism include six crystal planes each containing two Si atoms that are not closest to each other in a plan view of the silicon plane viewed from the c-axis direction. When viewed on the basis of the Si atom positioned at the center, the intersecting direction of the nearest-neighbor atom direction is the orthogonal direction perpendicular to the nearest-neighbor atom direction.
六角柱の対角面は、シリコン面をc軸方向から見た平面視において、(11-20)面、(1-210)面、(-2110)面、(-1-120)面、(-12-10)面および(2-1-10)面を含む。
単位セルの結晶方向は、結晶面の法線方向によって定義される。(1-100)面の法線方向は[1-100]方向である。(0-110)面の法線方向は[0-110]方向である。(-1010)面の法線方向は[-1010]方向である。(-1100)面の法線方向は[-1100]方向である。(01-10)面の法線方向は[01-10]方向である。(10-10)面の法線方向は[10-10]方向である。
The diagonal planes of the hexagonal prism are (11-20) plane, (1-210) plane, (−2110) plane, (−1-120) plane, (−1-120) plane, and ( Including -12-10) and (2-1-10) planes.
The crystal orientation of the unit cell is defined by the normal direction of the crystal plane. The normal direction of the (1-100) plane is the [1-100] direction. The normal direction of the (0-110) plane is the [0-110] direction. The normal direction of the (−1010) plane is the [−1010] direction. The normal direction of the (−1100) plane is the [−1100] direction. The normal direction of the (01-10) plane is the [01-10] direction. The normal direction of the (10-10) plane is the [10-10] direction.
(11-20)面の法線方向は[11-20]方向である。(1-210)面の法線方向は[1-210]方向である。(-2110)面の法線方向は[-2110]方向である。(-1-120)面の法線方向は[-1-120]方向である。(-12-10)面の法線方向は[-12-10]方向である。(2-1-10)面の法線方向は[2-1-10]方向である。
The normal direction of the (11-20) plane is the [11-20] direction. The normal direction of the (1-210) plane is the [1-210] direction. The normal direction of the (−2110) plane is the [−2110] direction. The normal direction of the (-1-120) plane is the [-1-120] direction. The normal direction of the (-12-10) plane is the [-12-10] direction. The normal direction of the (2-1-10) plane is the [2-1-10] direction.
六方晶は6回対称であり、60°毎に等価な結晶面および等価な結晶方向が存在している。たとえば、(1-100)面、(0-110)面、(-1010)面、(-1100)面、(01-10)面および(10-10)面は、等価な結晶面を形成している。
また、[1-100]方向、[0-110]方向、[-1010]方向、[-1100]方向、[01-10]方向および[10-10]方向は、等価な結晶方向を形成している。また、[11-20]方向、[1-210]方向、[-2110]方向、[-1-120]方向、[-12-10]方向および[2-1-10]方向は、等価な結晶方向を形成している。
A hexagonal crystal has 6-fold symmetry, with equivalent crystal planes and equivalent crystal directions every 60°. For example, the (1-100), (0-110), (-1010), (-1100), (01-10) and (10-10) planes form equivalent crystal planes. ing.
In addition, the [1-100] direction, [0-110] direction, [-1010] direction, [-1100] direction, [01-10] direction and [10-10] direction form equivalent crystal directions. ing. In addition, [11-20] direction, [1-210] direction, [-2110] direction, [-1-120] direction, [-12-10] direction and [2-1-10] direction are equivalent forming a crystal orientation.
c軸は、[0001]方向([000-1]方向)である。a1軸は、[2-1-10]方向([-2110]方向)である。a2軸は、[-12-10]方向([1-210]方向)である。a3軸は、[-1-120]方向([11-20]方向)である。
(0001)面および(000-1)面は、c面と総称される。[0001]方向および[000-1]方向は、c軸方向と総称される。(11-20)面および(-1-120)面は、a面と総称される。[11-20]方向および[-1-120]方向は、a軸方向と総称される。(1-100)面および(-1100)面は、m面と総称される。[1-100]方向および[-1100]方向は、m軸方向と総称される。
The c-axis is the [0001] direction ([000-1] direction). The a1 axis is the [2-1-10] direction ([-2110] direction). The a2 axis is the [-12-10] direction ([1-210] direction). The a3 axis is the [-1-120] direction ([11-20] direction).
The (0001) plane and the (000-1) plane are collectively referred to as the c-plane. The [0001] direction and the [000-1] direction are collectively referred to as the c-axis direction. The (11-20) plane and the (-1-120) plane are collectively referred to as the a-plane. The [11-20] direction and the [-1-120] direction are collectively referred to as the a-axis direction. The (1-100) plane and the (-1100) plane are collectively referred to as the m-plane. The [1-100] direction and the [-1100] direction are collectively referred to as the m-axis direction.
図3は、本発明の第1実施形態に係るSiC半導体装置1を1つの角度から見た斜視図であって、改質ライン22A~22Dの第1形態例を示す斜視図である。図4は、図3に示すSiC半導体装置1を別の角度から見た斜視図である。
図5は、図3に示す領域Vの拡大図である。図6は、図3に示す領域VIの拡大図である。図7は、図3に示すSiC半導体装置1の平面図である。図8は、図7に示すVIII-VIII線に沿う断面図である。
FIG. 3 is a perspective view of the SiC semiconductor device 1 according to the first embodiment of the present invention viewed from one angle, and is a perspective view showing a first example of modification lines 22A to 22D. FIG. 4 is a perspective view of the SiC semiconductor device 1 shown in FIG. 3 as seen from another angle.
FIG. 5 is an enlarged view of region V shown in FIG. FIG. 6 is an enlarged view of area VI shown in FIG. FIG. 7 is a plan view of SiC semiconductor device 1 shown in FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line VIII-VIII shown in FIG. 7. FIG.
図3~図8を参照して、SiC半導体装置1は、SiC半導体層2を含む。SiC半導体層2は、六方晶からなるSiC単結晶の一例としての4H-SiC単結晶を含む。SiC半導体層2(SiC半導体チップ)は、直方体形状のチップ状に形成されている。
SiC半導体層2は、一方側の第1主面3、他方側の第2主面4、ならびに、第1主面3および第2主面4を接続する側面5A,5B,5C,5Dを有している。第1主面3および第2主面4は、それらの法線方向Zから見た平面視(以下、単に「平面視」という。)において四角形状(この形態では正方形状)に形成されている。
3 to 8, SiC semiconductor device 1 includes a SiC semiconductor layer 2. As shown in FIG. The SiC semiconductor layer 2 includes a 4H—SiC single crystal as an example of a hexagonal SiC single crystal. The SiC semiconductor layer 2 (SiC semiconductor chip) is formed in the shape of a rectangular parallelepiped chip.
SiC semiconductor layer 2 has first main surface 3 on one side, second main surface 4 on the other side, and side surfaces 5A, 5B, 5C, and 5D connecting first main surface 3 and second main surface 4. is doing. The first main surface 3 and the second main surface 4 are formed in a quadrangular shape (square shape in this embodiment) in plan view (hereinafter simply referred to as "plan view") when viewed from the normal direction Z. .
第1主面3は、半導体素子が形成された素子形成面である。SiC半導体層2の第2主面4は、研削痕を有する研削面からなる。側面5A~5Dは、それぞれSiC単結晶の結晶面に面する平滑な劈開面からなる。側面5A~5Dは、研削痕を有していない。
SiC半導体層2の厚さTLは、40μm以上200μm以下であってもよい。厚さTLは、40μm以上60μm以下、60μm以上80μm以下、80μm以上100μm以下、100μm以上120μm以下、120μm以上140μm以下、140μm以上160μm以下、160μm以上180μm以下または180μm以上200μm以下であってもよい。厚さTLは、60μm以上150μm以下であることが好ましい。
The first main surface 3 is an element formation surface on which a semiconductor element is formed. The second main surface 4 of the SiC semiconductor layer 2 is a ground surface having grinding marks. The side surfaces 5A to 5D each consist of a smooth cleavage plane facing the crystal plane of the SiC single crystal. The side surfaces 5A-5D do not have grinding marks.
The thickness TL of the SiC semiconductor layer 2 may be 40 μm or more and 200 μm or less. The thickness TL may be 40 μm to 60 μm, 60 μm to 80 μm, 80 μm to 100 μm, 100 μm to 120 μm, 120 μm to 140 μm, 140 μm to 160 μm, 160 μm to 180 μm, or 180 μm to 200 μm. The thickness TL is preferably 60 μm or more and 150 μm or less.
第1主面3および第2主面4は、この形態では、SiC単結晶のc面に面している。第1主面3は、(0001)面(シリコン面)に面している。第2主面4は、SiC単結晶の(000-1)面(カーボン面)に面している。
第1主面3および第2主面4は、SiC単結晶のc面に対して[11-20]方向に10°以下の角度で傾斜したオフ角θを有している。法線方向Zは、SiC単結晶のc軸([0001]方向)に対してオフ角θ分だけ傾斜している。
The first main surface 3 and the second main surface 4 face the c-plane of the SiC single crystal in this embodiment. The first main surface 3 faces the (0001) plane (silicon plane). The second main surface 4 faces the (000-1) plane (carbon plane) of the SiC single crystal.
The first main surface 3 and the second main surface 4 have an off angle θ of 10° or less in the [11-20] direction with respect to the c-plane of the SiC single crystal. The normal direction Z is inclined by an off angle θ with respect to the c-axis ([0001] direction) of the SiC single crystal.
オフ角θは、0°以上5.0°以下であってもよい。オフ角θは、0°以上1.0°以下、1.0°以上1.5°以下、1.5°以上2.0°以下、2.0°以上2.5°以下、2.5°以上3.0°以下、3.0°以上3.5°以下、3.5°以上4.0°以下、4.0°以上4.5°以下または4.5°以上5.0°以下の角度の範囲に設定されてもよい。オフ角θは、0°を超えていることが好ましい。オフ角θは、4.0°未満であってもよい。
The off angle θ may be 0° or more and 5.0° or less. The off angle θ is 0° or more and 1.0° or less, 1.0° or more and 1.5° or less, 1.5° or more and 2.0° or less, 2.0° or more and 2.5° or less, or 2.5°. ° to 3.0°, 3.0° to 3.5°, 3.5° to 4.0°, 4.0° to 4.5° or 4.5° to 5.0° It may be set within the following angle range. The off angle θ is preferably greater than 0°. The off angle θ may be less than 4.0°.
オフ角θは、3.0°以上4.5°以下の角度の範囲に設定されていてもよい。この場合、オフ角θは、3.0°以上3.5°以下または3.5°以上4.0°以下の角度の範囲に設定されていることが好ましい。
オフ角θは、1.5°以上3.0°以下の角度の範囲に設定されていてもよい。この場合、オフ角θは、1.5°以上2.0°以下または2.0°以上2.5°以下の角度の範囲に設定されていることが好ましい。
The off angle θ may be set within an angle range of 3.0° or more and 4.5° or less. In this case, the off angle θ is preferably set in the range of 3.0° or more and 3.5° or less or 3.5° or more and 4.0° or less.
The off angle θ may be set within an angle range of 1.5° or more and 3.0° or less. In this case, the off angle θ is preferably set within an angle range of 1.5° or more and 2.0° or less or 2.0° or more and 2.5° or less.
側面5A~5Dの長さは、それぞれ、0.5mm以上10mm以下であってもよい。側面5A~5Dの表面積は、この形態では、互いに等しい。第1主面3および第2主面4が平面視において長方形状に形成されている場合、側面5A,5Cの表面積は、側面5B,5Dの表面積と異なっていてもよい。側面5A,5Cの表面積は、側面5B,5Dの表面積未満であってもよいし、側面5B,5Dの表面積を超えていてもよい。
Each of the side surfaces 5A to 5D may have a length of 0.5 mm or more and 10 mm or less. The surface areas of the sides 5A-5D are equal to each other in this configuration. When the first main surface 3 and the second main surface 4 are rectangular in plan view, the surface areas of the side surfaces 5A and 5C may differ from the surface areas of the side surfaces 5B and 5D. The surface area of the sides 5A, 5C may be less than the surface area of the sides 5B, 5D or may exceed the surface area of the sides 5B, 5D.
側面5Aおよび側面5Cは、この形態では、第1方向Xに沿って延び、第1方向Xに交差する第2方向Yに互いに対向している。側面5Bおよび側面5Dは、この形態では、第2方向Yに沿って延び、第1方向Xに互いに対向している。第2方向Yは、より具体的には第1方向Xに直交する方向である。
第1方向Xは、この形態では、SiC単結晶のm軸方向([1-100]方向)に設定されている。第2方向Yは、SiC単結晶のa軸方向([11-20]方向)に設定されている。
5 A of side surfaces and 5 C of side surfaces are extended along the 1st direction X, and are mutually opposed to the 2nd direction Y which cross|intersects the 1st direction X in this form. The side surface 5B and the side surface 5D extend along the second direction Y and face each other in the first direction X in this embodiment. The second direction Y is a direction perpendicular to the first direction X, more specifically.
The first direction X is set to the m-axis direction ([1-100] direction) of the SiC single crystal in this embodiment. The second direction Y is set to the a-axis direction ([11-20] direction) of the SiC single crystal.
側面5Aおよび側面5Cは、SiC単結晶のa面によって形成され、a軸方向に互いに対向している。側面5Aは、SiC単結晶の(-1-120)面によって形成されている。側面5Cは、SiC単結晶の(11-20)面によって形成されている。
側面5Bおよび側面5Dは、SiC単結晶のm面によって形成され、m軸方向に互いに対向している。側面5Bは、SiC単結晶の(-1100)面によって形成されている。側面5Dは、SiC単結晶の(1-100)面によって形成されている。
Side 5A and side 5C are formed by the a-plane of SiC single crystal and face each other in the a-axis direction. The side surface 5A is formed by the (-1-120) plane of the SiC single crystal. The side surface 5C is formed by the (11-20) plane of the SiC single crystal.
Side 5B and side 5D are formed by the m-plane of SiC single crystal and face each other in the m-axis direction. The side surface 5B is formed by the (-1100) plane of the SiC single crystal. The side surface 5D is formed by the (1-100) plane of SiC single crystal.
側面5Aおよび側面5Cは、SiC半導体層2の第1主面3の法線を基準にしたとき、法線に対してSiC単結晶のc軸方向([0001]方向)に向けて傾斜した傾斜面を形成していてもよい。
この場合、側面5Aおよび側面5Cは、SiC半導体層2の第1主面3の法線を0°としたとき、SiC半導体層2の第1主面3の法線に対してオフ角θに応じた角度で傾斜していてもよい。オフ角θに応じた角度は、オフ角θと等しくてもよいし、0°を超えてオフ角θ未満の角度であってもよい。
The side surface 5A and the side surface 5C are inclined toward the c-axis direction ([0001] direction) of the SiC single crystal with respect to the normal line of the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2. It may form a surface.
In this case, when the normal to the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2 is 0°, the side surface 5A and the side surface 5C are at an off angle θ with respect to the normal to the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2. You may incline at the corresponding angle. The angle corresponding to the off angle θ may be equal to the off angle θ, or may be an angle exceeding 0° and less than the off angle θ.
一方、側面5Bおよび側面5Dは、SiC半導体層2の第1主面3の法線に沿って平面的に延びている。側面5Bおよび側面5Dは、より具体的には、第1主面3および第2主面4に対して略垂直に形成されている。
SiC半導体層2は、この形態では、n+型のSiC半導体基板6(第2不純物領域)およびn型のSiCエピタキシャル層7(第1不純物領域)を含む積層構造を有している。SiC半導体基板6によって、SiC半導体層2の第2主面4が形成されている。
On the other hand, side surface 5B and side surface 5D extend planarly along the normal to first main surface 3 of SiC semiconductor layer 2 . More specifically, side surface 5B and side surface 5D are formed substantially perpendicular to first main surface 3 and second main surface 4 .
In this embodiment, the SiC semiconductor layer 2 has a laminated structure including an n + -type SiC semiconductor substrate 6 (second impurity region) and an n-type SiC epitaxial layer 7 (first impurity region). The SiC semiconductor substrate 6 forms the second main surface 4 of the SiC semiconductor layer 2 .
SiCエピタキシャル層7によって、SiC半導体層2の第1主面3が形成されている。SiC半導体基板6およびSiCエピタキシャル層7によって、SiC半導体層2の側面5A~5Dが形成されている。
SiCエピタキシャル層7のn型不純物濃度は、SiC半導体基板6のn型不純物濃度以下である。SiCエピタキシャル層7のn型不純物濃度は、より具体的には、SiC半導体基板6のn型不純物濃度未満である。SiC半導体基板6のn型不純物濃度は、1.0×1018cm-3以上1.0×1021cm-3以下であってもよい。SiCエピタキシャル層7のn型不純物濃度は、1.0×1015cm-3以上1.0×1018cm-3以下であってもよい。
SiC epitaxial layer 7 forms first main surface 3 of SiC semiconductor layer 2 . SiC semiconductor substrate 6 and SiC epitaxial layer 7 form side surfaces 5A to 5D of SiC semiconductor layer 2 .
The n-type impurity concentration of SiC epitaxial layer 7 is equal to or lower than the n-type impurity concentration of SiC semiconductor substrate 6 . The n-type impurity concentration of SiC epitaxial layer 7 is more specifically less than the n-type impurity concentration of SiC semiconductor substrate 6 . SiC semiconductor substrate 6 may have an n-type impurity concentration of 1.0×10 18 cm −3 or more and 1.0×10 21 cm −3 or less. The n-type impurity concentration of SiC epitaxial layer 7 may be 1.0×10 15 cm −3 or more and 1.0×10 18 cm −3 or less.
SiC半導体基板6の厚さTSは、40μm以上150μm以下であってもよい。厚さTSは、40μm以上50μm以下、50μm以上60μm以下、60μm以上70μm以下、70μm以上80μm以下、80μm以上90μm以下、90μm以上100μm以下、100μm以上110μm以下、110μm以上120μm以下、120μm以上130μm以下、130μm以上140μm以下または140μm以上150μm以下であってもよい。厚さTSは、40μm以上130μm以下であることが好ましい。SiC半導体基板6の薄化によって、電流経路の短縮による抵抗値の低減を図ることができる。
The thickness TS of the SiC semiconductor substrate 6 may be 40 μm or more and 150 μm or less. The thickness TS is 40 μm or more and 50 μm or less, 50 μm or more and 60 μm or less, 60 μm or more and 70 μm or less, 70 μm or more and 80 μm or less, 80 μm or more and 90 μm or less, 90 μm or more and 100 μm or less, 100 μm or more and 110 μm or less, 110 μm or more and 120 μm or less, 120 μm or more and 130 μm or less, It may be 130 μm or more and 140 μm or less or 140 μm or more and 150 μm or less. The thickness TS is preferably 40 μm or more and 130 μm or less. By thinning the SiC semiconductor substrate 6, it is possible to reduce the resistance value by shortening the current path.
SiCエピタキシャル層7の厚さTEは、1μm以上50μm以下であってもよい。厚さTEは、1μm以上5μm以下、5μm以上10μm以下、10μm以上15μm以下、15μm以上20μm以下、20μm以上25μm以下、25μm以上30μm以下、30μm以上35μm以下、35μm以上40μm以下、40μm以上45μm以下または45μm以上50μm以下であってもよい。厚さTEは、5μm以上15μm以下であることが好ましい。
The thickness TE of the SiC epitaxial layer 7 may be 1 μm or more and 50 μm or less. The thickness TE is 1 μm or more and 5 μm or less, 5 μm or more and 10 μm or less, 10 μm or more and 15 μm or less, 15 μm or more and 20 μm or less, 20 μm or more and 25 μm or less, 25 μm or more and 30 μm or less, 30 μm or more and 35 μm or less, 35 μm or more and 40 μm or less, 40 μm or more and 45 μm or less, or It may be 45 μm or more and 50 μm or less. The thickness TE is preferably 5 μm or more and 15 μm or less.
SiC半導体層2には、アクティブ領域8および外側領域9が設定されている。アクティブ領域8は、半導体素子の一例としてのショットキーバリアダイオードDが形成された領域である。外側領域9は、アクティブ領域8の外側の領域である。
アクティブ領域8は、平面視においてSiC半導体層2の側面5A~5Dから内方領域に間隔を空けてSiC半導体層2の中央部に設定されている。アクティブ領域8は、平面視においてSiC半導体層2の側面5A~5Dに平行な4辺を有する四角形状に設定されている。
An active region 8 and an outer region 9 are set in the SiC semiconductor layer 2 . The active region 8 is a region in which a Schottky barrier diode D as an example of a semiconductor element is formed. The outer area 9 is the area outside the active area 8 .
The active region 8 is set in the central portion of the SiC semiconductor layer 2 with a gap in the inner region from the side surfaces 5A to 5D of the SiC semiconductor layer 2 in plan view. The active region 8 is set in a rectangular shape having four sides parallel to the side surfaces 5A to 5D of the SiC semiconductor layer 2 in plan view.
外側領域9は、SiC半導体層2の側面5A~5Dおよびアクティブ領域8の周縁の間の領域に設定されている。外側領域9は、平面視においてアクティブ領域8を取り囲む無端状(この形態では四角環状)に設定されている。
SiC半導体層2の第1主面3の上には、主面絶縁層10が形成されている。主面絶縁層10は、アクティブ領域8および外側領域9を選択的に被覆している。主面絶縁層10は、酸化シリコン(SiO2)層または窒化シリコン(SiN)層からなる単層構造を有していてもよい。
Outer region 9 is set in a region between side surfaces 5A to 5D of SiC semiconductor layer 2 and the periphery of active region 8 . The outer region 9 is set in an endless shape (in this form, a square ring shape) surrounding the active region 8 in plan view.
A main surface insulating layer 10 is formed on the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2 . A main surface insulating layer 10 selectively covers the active area 8 and the outer area 9 . The main surface insulating layer 10 may have a single layer structure consisting of a silicon oxide (SiO 2 ) layer or a silicon nitride (SiN) layer.
主面絶縁層10は、酸化シリコン層および窒化シリコン層を含む積層構造を有していてもよい。酸化シリコン層は、窒化シリコン層の上に形成されていてもよい。窒化シリコン層は、酸化シリコン層の上に形成されていてもよい。主面絶縁層10は、この形態では、酸化シリコン層からなる単層構造を有している。
主面絶縁層10は、SiC半導体層2の側面5A~5Dから露出する絶縁側面11A,11B,11C,11Dを有している。絶縁側面11A~11Dは、側面5A~5Dに連なっている。絶縁側面11A~11Dは、側面5A~5Dに対して面一に形成されている。絶縁側面11A~11Dは、劈開面からなる。
Main surface insulating layer 10 may have a laminated structure including a silicon oxide layer and a silicon nitride layer. The silicon oxide layer may be formed over the silicon nitride layer. The silicon nitride layer may be formed over the silicon oxide layer. The main surface insulating layer 10 has a single-layer structure made of a silicon oxide layer in this embodiment.
Main surface insulating layer 10 has insulating side surfaces 11A, 11B, 11C, and 11D exposed from side surfaces 5A to 5D of SiC semiconductor layer 2 . The insulating side surfaces 11A-11D are continuous with the side surfaces 5A-5D. The insulating side surfaces 11A to 11D are formed flush with the side surfaces 5A to 5D. The insulating side surfaces 11A to 11D are composed of cleaved surfaces.
主面絶縁層10の厚さは、1μm以上50μm以下であってもよい。主面絶縁層10の厚さは、1μm以上10μm以下、10μm以上20μm以下、20μm以上30μm以下、30μm以上40μm以下または40μm以上50μm以下であってもよい。
主面絶縁層10の上には、第1主面電極層12が形成されている。第1主面電極層12は、平面視においてSiC半導体層2の側面5A~5Dから内方領域に間隔を空けてSiC半導体層2の中央部に形成されている。
The thickness of the principal surface insulating layer 10 may be 1 μm or more and 50 μm or less. The thickness of the principal surface insulating layer 10 may be 1 μm or more and 10 μm or less, 10 μm or more and 20 μm or less, 20 μm or more and 30 μm or less, 30 μm or more and 40 μm or less, or 40 μm or more and 50 μm or less.
A first principal-surface electrode layer 12 is formed on the principal-surface insulating layer 10 . The first principal-surface electrode layer 12 is formed in the central portion of the SiC semiconductor layer 2 with a gap in the inner region from the side surfaces 5A to 5D of the SiC semiconductor layer 2 in plan view.
主面絶縁層10の上には、パッシベーション層13(絶縁層)が形成されている。パッシベーション層13は、酸化シリコン層または窒化シリコン層からなる単層構造を有していてもよい。
パッシベーション層13は、酸化シリコン層および窒化シリコン層を含む積層構造を有していてもよい。酸化シリコン層は、窒化シリコン層の上に形成されていてもよい。窒化シリコン層は、酸化シリコン層の上に形成されていてもよい。パッシベーション層13は、この形態では、窒化シリコン層からなる単層構造を有している。
A passivation layer 13 (insulating layer) is formed on the main surface insulating layer 10 . Passivation layer 13 may have a single layer structure consisting of a silicon oxide layer or a silicon nitride layer.
Passivation layer 13 may have a laminated structure including a silicon oxide layer and a silicon nitride layer. The silicon oxide layer may be formed over the silicon nitride layer. The silicon nitride layer may be formed over the silicon oxide layer. The passivation layer 13 has a single layer structure made of a silicon nitride layer in this embodiment.
パッシベーション層13の側面14A,14B,14C,14Dは、平面視においてSiC半導体層2の側面5A~5Dから内方領域に間隔を空けて形成されている。パッシベーション層13は、平面視においてSiC半導体層2の第1主面3の周縁部を露出させている。パッシベーション層13は、主面絶縁層10を露出させている。
パッシベーション層13には、第1主面電極層12の一部をパッド領域として露出させるサブパッド開口15が形成されている。サブパッド開口15は、平面視においてSiC半導体層2の側面5A~5Dに平行な4辺を有する四角形状に形成されている。
Side surfaces 14A, 14B, 14C, and 14D of passivation layer 13 are spaced inward from side surfaces 5A to 5D of SiC semiconductor layer 2 in plan view. Passivation layer 13 exposes the periphery of first main surface 3 of SiC semiconductor layer 2 in plan view. Passivation layer 13 exposes main surface insulating layer 10 .
A sub-pad opening 15 is formed in the passivation layer 13 to expose a portion of the first main surface electrode layer 12 as a pad region. Sub-pad opening 15 is formed in a rectangular shape having four sides parallel to side surfaces 5A to 5D of SiC semiconductor layer 2 in plan view.
パッシベーション層13の厚さは、1μm以上50μm以下であってもよい。パッシベーション層13の厚さは、1μm以上10μm以下、10μm以上20μm以下、20μm以上30μm以下、30μm以上40μm以下または40μm以上50μm以下であってもよい。
パッシベーション層13の上には、樹脂層16(絶縁層)が形成されている。パッシベーション層13および樹脂層16は、1つの絶縁積層構造(絶縁層)を形成している。図7では、樹脂層16がハッチングによって示されている。
The thickness of the passivation layer 13 may be 1 μm or more and 50 μm or less. The thickness of the passivation layer 13 may be 1 μm to 10 μm, 10 μm to 20 μm, 20 μm to 30 μm, 30 μm to 40 μm, or 40 μm to 50 μm.
A resin layer 16 (insulating layer) is formed on the passivation layer 13 . The passivation layer 13 and the resin layer 16 form one insulating laminated structure (insulating layer). In FIG. 7, the resin layer 16 is indicated by hatching.
樹脂層16は、ネガティブタイプまたはポジティブタイプの感光性樹脂を含んでいてもよい。樹脂層16は、この形態では、ポジティブタイプの感光性樹脂の一例としてのポリベンゾオキサゾールを含む。樹脂層16は、ネガティブタイプの感光性樹脂の一例としてのポリイミドを含んでいてもよい。
樹脂層16の樹脂側面17A,17B,17C,17Dは、平面視においてSiC半導体層2の側面5A~5Dから内方領域に間隔を空けて形成されている。樹脂層16は、平面視においてSiC半導体層2の第1主面3の周縁部を露出させている。樹脂層16は、パッシベーション層13と共に主面絶縁層10を露出させている。樹脂層16の樹脂側面17A~17Dは、この形態では、パッシベーション層13の側面14A~14Dに面一に形成されている。
The resin layer 16 may contain a negative type or positive type photosensitive resin. In this embodiment, the resin layer 16 contains polybenzoxazole as an example of a positive photosensitive resin. The resin layer 16 may contain polyimide as an example of a negative type photosensitive resin.
The resin side surfaces 17A, 17B, 17C, and 17D of the resin layer 16 are spaced inward from the side surfaces 5A to 5D of the SiC semiconductor layer 2 in plan view. The resin layer 16 exposes the periphery of the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2 in plan view. The resin layer 16 exposes the main surface insulating layer 10 together with the passivation layer 13 . The resin side surfaces 17A to 17D of the resin layer 16 are formed flush with the side surfaces 14A to 14D of the passivation layer 13 in this embodiment.
樹脂層16の樹脂側面17A~17Dは、一枚のSiC半導体ウエハからSiC半導体装置1を切り出す際にダイシングストリートを区画していた部分である。この形態では、パッシベーション層13の側面14A~14Dもダイシングストリートを区画していた部分である。
樹脂層16やパッシベーション層13からSiC半導体層2の第1主面3の周縁部を露出させることにより、樹脂層16やパッシベーション層13を物理的に切断する必要がなくなる。これにより、一枚のSiC半導体ウエハからSiC半導体装置1を円滑に切り出すことができる。また、SiC半導体層2の側面5A~5Dからの絶縁距離を増加させることができる。
The resin side surfaces 17A to 17D of the resin layer 16 are portions that define dicing streets when the SiC semiconductor device 1 is cut out from one SiC semiconductor wafer. In this form, the side surfaces 14A to 14D of the passivation layer 13 are also portions that define the dicing streets.
By exposing the peripheral portion of first main surface 3 of SiC semiconductor layer 2 from resin layer 16 and passivation layer 13 , it is not necessary to physically cut resin layer 16 and passivation layer 13 . Thereby, the SiC semiconductor device 1 can be smoothly cut out from one SiC semiconductor wafer. Moreover, the insulating distance from the side surfaces 5A to 5D of the SiC semiconductor layer 2 can be increased.
側面5A~5Dおよび樹脂側面17A~17D(側面14A~14D)の間の距離は、1μm以上25μm以下であってもよい。側面5A~5Dおよび樹脂側面17A~17D(側面14A~14D)の間の距離は、1μm以上5μm以下、5μm以上10μm以下、10μm以上15μm以下、15μm以上20μm以下または20μm以上25μm以下であってもよい。むろん、パッシベーション層13の側面14A~14Dは、SiC半導体層2の側面5A~5Dに対して面一に形成されていてもよい。
The distance between the side surfaces 5A-5D and the resin side surfaces 17A-17D (side surfaces 14A-14D) may be 1 μm or more and 25 μm or less. Even if the distance between the side surfaces 5A to 5D and the resin side surfaces 17A to 17D (side surfaces 14A to 14D) is 1 μm or more and 5 μm or less, 5 μm or more and 10 μm or less, 10 μm or more and 15 μm or less, 15 μm or more and 20 μm or less, or 20 μm or more and 25 μm or less. good. Of course, side surfaces 14A to 14D of passivation layer 13 may be formed flush with side surfaces 5A to 5D of SiC semiconductor layer 2 .
樹脂層16には、第1主面電極層12の一部をパッド領域として露出させるパッド開口18が形成されている。パッド開口18は、平面視においてSiC半導体層2の側面5A~5Dに平行な4辺を有する四角形状に形成されている。
パッド開口18は、サブパッド開口15に連通している。パッド開口18の内壁は、サブパッド開口15の内壁に面一に形成されている。パッド開口18の内壁は、サブパッド開口15の内壁に対してSiC半導体層2の側面5A~5D側に位置していてもよい。パッド開口18の内壁は、サブパッド開口15の内壁に対してSiC半導体層2の内方領域に位置していてもよい。樹脂層16は、サブパッド開口15の内壁を被覆していてもよい。
A pad opening 18 is formed in the resin layer 16 to expose a portion of the first main surface electrode layer 12 as a pad region. Pad opening 18 is formed in a rectangular shape having four sides parallel to side surfaces 5A to 5D of SiC semiconductor layer 2 in plan view.
Pad opening 18 communicates with sub-pad opening 15 . The inner wall of the pad opening 18 is flush with the inner wall of the sub-pad opening 15 . The inner wall of pad opening 18 may be located on the side of side surfaces 5A to 5D of SiC semiconductor layer 2 with respect to the inner wall of sub-pad opening 15 . The inner wall of pad opening 18 may be located in the inner region of SiC semiconductor layer 2 with respect to the inner wall of sub-pad opening 15 . The resin layer 16 may cover the inner wall of the sub-pad opening 15 .
樹脂層16の厚さは、1μm以上50μm以下であってもよい。樹脂層16の厚さは、1μm以上10μm以下、10μm以上20μm以下、20μm以上30μm以下、30μm以上40μm以下または40μm以上50μm以下であってもよい。
SiC半導体層2の第2主面4の上には、第2主面電極層19が形成されている。第2主面電極層19は、SiC半導体層2の第2主面4(SiC半導体基板6)との間でオーミック接触を形成している。
The thickness of the resin layer 16 may be 1 μm or more and 50 μm or less. The thickness of the resin layer 16 may be 1 μm or more and 10 μm or less, 10 μm or more and 20 μm or less, 20 μm or more and 30 μm or less, 30 μm or more and 40 μm or less, or 40 μm or more and 50 μm or less.
A second main surface electrode layer 19 is formed on the second main surface 4 of the SiC semiconductor layer 2 . The second main surface electrode layer 19 forms an ohmic contact with the second main surface 4 (SiC semiconductor substrate 6) of the SiC semiconductor layer 2. As shown in FIG.
SiC半導体層2の側面5A~5Dには、複数の改質ライン22A~22D(改質層)が形成されている。改質ライン22A~22Dは、側面5Aに形成された改質ライン22A、側面5Bに形成された改質ライン22B、側面5Cに形成された改質ライン22C、および、側面5Dに形成された改質ライン22Dを含む。
改質ライン22A,22CはSiC単結晶のa面にそれぞれ形成され、改質ライン22B,22DはSiC単結晶のm面にそれぞれ形成されている。改質ライン22Aは、側面5Aに1層または複数層(2層以上。この形態では2層)形成されている。改質ライン22Cは、側面5Cに1層または複数層(2層以上。この形態では2層)形成されている。
A plurality of modified lines 22A to 22D (modified layers) are formed on the side surfaces 5A to 5D of the SiC semiconductor layer 2, respectively. The reforming lines 22A to 22D include a reforming line 22A formed on the side surface 5A, a reforming line 22B formed on the side surface 5B, a reforming line 22C formed on the side surface 5C, and a reforming line formed on the side surface 5D. Includes quality line 22D.
The modified lines 22A and 22C are formed on the a-plane of the SiC single crystal, and the modified lines 22B and 22D are formed on the m-plane of the SiC single crystal. 22 A of modification lines are formed in 1 layer or multiple layers (2 layers or more. This form 2 layers) in 5 A of side surfaces. 22 C of modification lines are formed in 1 layer or multiple layers (2 layers or more. This form 2 layers) in 5 C of side surfaces.
改質ライン22Bは、側面5Bに1層または複数層(2層以上。この形態では1層)形成されている。改質ライン22Dは、側面5Dに1層または複数層(2層以上。この形態では1層)形成されている。改質ライン22B,22Dの個数は、改質ライン22A,22Cの個数未満であることが好ましい。
改質ライン22A~22Dは、側面5A~5Dを形成するSiC単結晶の一部がSiC単結晶とは異なる性質に改質された層状の領域を含む。改質ライン22A~22Dは、密度、屈折率または機械的強度(結晶強度)、もしくは、その他の物理的特性がSiC単結晶とは異なる性質に改質された領域を含む。
The modified line 22B is formed in one layer or a plurality of layers (two or more layers, one layer in this embodiment) on the side surface 5B. The modified line 22D is formed in one layer or a plurality of layers (two or more layers, one layer in this embodiment) on the side surface 5D. The number of reforming lines 22B, 22D is preferably less than the number of reforming lines 22A, 22C.
Modified lines 22A-22D include layered regions in which a portion of the SiC single crystal forming side surfaces 5A-5D is modified to have properties different from those of the SiC single crystal. Modified lines 22A-22D include regions modified to have different physical properties from SiC single crystals such as density, refractive index, mechanical strength (crystal strength), or other physical properties.
改質ライン22A~22Dは、溶融再硬化層、欠陥層、絶縁破壊層または屈折率変化層のうちの少なくとも1つの層を含んでいてもよい。溶融再硬化層は、SiC半導体層2の一部が溶融した後再度硬化した層である。欠陥層は、SiC半導体層2に形成された空孔や亀裂等を含む層である。絶縁破壊層は、SiC半導体層2の一部が絶縁破壊した層である。屈折率変化層は、SiC半導体層2の一部がSiC単結晶とは異なる屈折率に変化した層である。
Modification lines 22A-22D may include at least one layer of a melt rehardening layer, a defect layer, a dielectric breakdown layer, or a refractive index change layer. The melt rehardened layer is a layer that is hardened again after part of the SiC semiconductor layer 2 has been melted. The defect layer is a layer containing holes, cracks, etc. formed in the SiC semiconductor layer 2 . A dielectric breakdown layer is a layer in which a part of the SiC semiconductor layer 2 is dielectrically broken down. The refractive index change layer is a layer in which part of the SiC semiconductor layer 2 is changed to have a refractive index different from that of the SiC single crystal.
改質ライン22A~22Dは、SiC半導体層2の第1主面3の接線方向に沿って帯状に延びている。第1主面3の接線方向は、法線方向Zに直交する方向である。接線方向は、第1方向X(SiC単結晶のm軸方向)および第2方向Y(SiC単結晶のa軸方向)を含む。
複数の改質ライン22Aは、側面5Aにおいてm軸方向に沿って直線状に延びる帯状にそれぞれ形成されている。複数の改質ライン22Aは、法線方向Zに互いにずれて形成されている。複数の改質ライン22Aは、法線方向Zに間隔を空けて形成されていてもよい。複数の改質ライン22Aは、法線方向Zに互いに重なっていてもよい。
The modification lines 22A to 22D extend in a strip shape along the tangential direction of the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2 . The tangential direction of the first main surface 3 is a direction orthogonal to the normal direction Z. As shown in FIG. The tangential direction includes a first direction X (the m-axis direction of the SiC single crystal) and a second direction Y (the a-axis direction of the SiC single crystal).
The plurality of reforming lines 22A are each formed in a strip shape extending linearly along the m-axis direction on the side surface 5A. The plurality of reforming lines 22A are formed to be shifted in the normal direction Z from each other. A plurality of reforming lines 22A may be formed at intervals in the normal direction Z. The plurality of reforming lines 22A may overlap each other in the normal direction Z.
複数の改質ライン22Aは、法線方向Zに関して厚さTRをそれぞれ有している。複数の改質ライン22Aの厚さTRは、互いに等しくてもよいし、互いに異なっていてもよい。複数の改質ライン22Aの厚さTRの合計値によって、改質ライン22Aの総厚さTallが定まる。
1層の改質ライン22Bは、側面5Bにおいてa軸方向に沿って直線状に延びる帯状に形成されている。1層の改質ライン22Bは、法線方向Zに関して厚さTRを有している。1層の改質ライン22Bの厚さTRによって、改質ライン22Bの総厚さTallが定まる。
The plurality of modified lines 22A each have a thickness TR with respect to the normal direction Z. As shown in FIG. The thicknesses TR of the plurality of modified lines 22A may be equal to each other or may be different from each other. The total thickness Tall of the modified lines 22A is determined by the total value of the thicknesses TR of the plurality of modified lines 22A.
The one-layer modified line 22B is formed in a strip shape extending linearly along the a-axis direction on the side surface 5B. The one-layer modified line 22B has a thickness TR with respect to the normal direction Z. As shown in FIG. The total thickness Tall of the modified lines 22B is determined by the thickness TR of the modified lines 22B of one layer.
むろん、改質ライン22Bは、側面5Bに複数形成されていてもよい。この場合、複数の改質ライン22Bは、法線方向Zに互いにずれて形成される。複数の改質ライン22Bは、法線方向Zに間隔を空けて形成されていてもよい。複数の改質ライン22Bは、法線方向Zに互いに重なっていてもよい。
複数の改質ライン22Bの厚さTRは、互いに等しくてもよいし、互いに異なっていてもよい。複数の改質ライン22Bの厚さTRの合計値によって、改質ライン22Bの総厚さTallが定まる。
Of course, a plurality of reforming lines 22B may be formed on the side surface 5B. In this case, the plurality of modified lines 22B are formed to be shifted in the normal direction Z from each other. A plurality of reforming lines 22B may be formed at intervals in the normal direction Z. The plurality of reforming lines 22B may overlap each other in the normal direction Z.
The thicknesses TR of the plurality of modified lines 22B may be equal to each other or may be different from each other. The total thickness Tall of the modified lines 22B is determined by the total value of the thicknesses TR of the plurality of modified lines 22B.
複数の改質ライン22Cは、側面5Cにおいてm軸方向に沿って直線状に延びる帯状にそれぞれ形成されている。複数の改質ライン22Cは、法線方向Zに互いにずれて形成されている。複数の改質ライン22Cは、法線方向Zに間隔を空けて形成されていてもよい。複数の改質ライン22Cは、法線方向Zに互いに重なっていてもよい。
複数の改質ライン22Cは、法線方向Zに関して厚さTRをそれぞれ有している。複数の改質ライン22Cの厚さTRは、互いに等しくてもよいし、互いに異なっていてもよい。複数の改質ライン22Cの厚さTRの合計値によって、改質ライン22Cの総厚さTallが定まる。
The plurality of reforming lines 22C are each formed in a strip shape extending linearly along the m-axis direction on the side surface 5C. The plurality of reforming lines 22C are formed to be shifted in the normal direction Z from each other. A plurality of reforming lines 22C may be formed at intervals in the normal direction Z. The plurality of reforming lines 22C may overlap each other in the normal direction Z.
The plurality of modified lines 22C each have a thickness TR with respect to the normal direction Z. As shown in FIG. The thicknesses TR of the plurality of modified lines 22C may be equal to each other or may be different from each other. The total thickness Tall of the modified lines 22C is determined by the total thickness TR of the modified lines 22C.
1層の改質ライン22Dは、側面5Dにおいてa軸方向に沿って直線状に延びる帯状に形成されている。1層の改質ライン22Dは、法線方向Zに関して厚さTRを有している。1層の改質ライン22Dの厚さTRによって、改質ライン22Dの総厚さTallが定まる。
むろん、改質ライン22Dは、側面5Dに複数形成されていてもよい。この場合、複数の改質ライン22Dは、法線方向Zに互いにずれて形成される。複数の改質ライン22Dは、法線方向Zに間隔を空けて形成されていてもよい。複数の改質ライン22Dは、法線方向Zに互いに重なっていてもよい。
The one-layer modified line 22D is formed in a strip shape extending linearly along the a-axis direction on the side surface 5D. The one-layer modified line 22D has a thickness TR with respect to the normal direction Z. As shown in FIG. The total thickness Tall of the modified lines 22D is determined by the thickness TR of the modified lines 22D of one layer.
Of course, a plurality of reforming lines 22D may be formed on the side surface 5D. In this case, the plurality of modified lines 22D are formed to be shifted in the normal direction Z from each other. A plurality of reforming lines 22D may be formed at intervals in the normal direction Z. The plurality of reforming lines 22D may overlap each other in the normal direction Z.
複数の改質ライン22Dの厚さTRは、互いに等しくてもよいし、互いに異なっていてもよい。複数の改質ライン22Dの厚さTRの合計値によって、改質ライン22Dの総厚さTallが定まる。
改質ライン22A~22Dの厚さTRは、互いに等しくてもよいし、互いに異なっていてもよい。改質ライン22A,22Cの総厚さTallは、互いに等しくてもよいし、互いに異なっていてもよい。改質ライン22B,22Dの総厚さTallは、互いに等しくてもよいし、互いに異なっていてもよい。
The thicknesses TR of the multiple modified lines 22D may be equal to each other or may be different from each other. The total thickness Tall of the modified lines 22D is determined by the total thickness TR of the modified lines 22D.
The thicknesses TR of the modified lines 22A-22D may be equal to each other or may be different from each other. The total thickness Tall of the modified lines 22A, 22C may be equal to each other or may be different from each other. The total thickness Tall of the modified lines 22B, 22D may be equal to each other or different from each other.
改質ライン22A~22Dの総厚さTallは、それぞれ、SiC半導体層2の厚さTL以下(TR≦TL)であることが好ましい。総厚さTallは、それぞれ、SiC半導体基板6の厚さTS未満(TR<TS)であることがさらに好ましい。総厚さTallは、それぞれ、SiCエピタキシャル層7の厚さTE以上(TR≧TE)であってもよい。
SiC半導体層2の厚さTLに対する総厚さTallの比Tall/TLは、それぞれ、0.1以上1.0未満であることが好ましい。比Tall/TLは、0.1以上0.2以下、0.2以上0.4以下、0.4以上0.6以下、0.6以上0.8以下または0.8以上1.0未満であってもよい。
The total thickness Tall of the modified lines 22A to 22D is preferably equal to or less than the thickness TL of the SiC semiconductor layer 2 (TR≤TL). More preferably, each total thickness Tall is less than the thickness TS of the SiC semiconductor substrate 6 (TR<TS). Each total thickness Tall may be equal to or greater than the thickness TE of the SiC epitaxial layer 7 (TR≧TE).
The ratio Tall/TL of the total thickness Tall to the thickness TL of the SiC semiconductor layer 2 is preferably 0.1 or more and less than 1.0. The ratio Tall/TL is 0.1 or more and 0.2 or less, 0.2 or more and 0.4 or less, 0.4 or more and 0.6 or less, 0.6 or more and 0.8 or less, or 0.8 or more and less than 1.0. may be
比Tall/TLは、それぞれ、0.1以上0.2以下、0.2以上0.3以下、0.3以上0.4以下、0.4以上0.5以下、0.5以上0.6以下、0.6以上0.7以下、0.7以上0.8以下、0.8以上0.9以下または0.9以上1.0未満であってもよい。比Tall/TLは、それぞれ、0.2以上0.5以下であることが好ましい。
SiC半導体基板6の厚さTSに対する総厚さTallの比Tall/TSは、それぞれ、0.1以上1.0未満であることがさらに好ましい。比Tall/TSは、それぞれ、0.1以上0.2以下、0.2以上0.4以下、0.4以上0.6以下、0.6以上0.8以下または0.8以上1.0未満であってもよい。
The ratio Tall/TL is 0.1 or more and 0.2 or less, 0.2 or more and 0.3 or less, 0.3 or more and 0.4 or less, 0.4 or more and 0.5 or less, and 0.5 or more and 0.5 or less. 6 or less, 0.6 or more and 0.7 or less, 0.7 or more and 0.8 or less, 0.8 or more and 0.9 or less, or 0.9 or more and less than 1.0. The ratio Tall/TL is preferably 0.2 or more and 0.5 or less.
The ratio Tall/TS of the total thickness Tall to the thickness TS of the SiC semiconductor substrate 6 is more preferably 0.1 or more and less than 1.0. The ratio Tall/TS is 0.1 or more and 0.2 or less, 0.2 or more and 0.4 or less, 0.4 or more and 0.6 or less, 0.6 or more and 0.8 or less, or 0.8 or more and 1.0. It may be less than 0.
比Tall/TSは、それぞれ、0.1以上0.2以下、0.2以上0.3以下、0.3以上0.4以下、0.4以上0.5以下、0.5以上0.6以下、0.6以上0.7以下、0.7以上0.8以下、0.8以上0.9以下または0.9以上1.0未満であってもよい。比Tall/TSは、それぞれ、0.2以上0.5以下であることが好ましい。
改質ライン22A~22Dは、SiC半導体層2の第1主面3から第2主面4に間隔を空けて形成されている。改質ライン22A~22Dは、側面5A~5DからSiC半導体層2の第1主面3の表層部を露出させている。つまり、改質ライン22A~22Dは、主面絶縁層10、パッシベーション層13および樹脂層16に形成されていない。
The ratio Tall/TS is 0.1 or more and 0.2 or less, 0.2 or more and 0.3 or less, 0.3 or more and 0.4 or less, 0.4 or more and 0.5 or less, and 0.5 or more and 0.5 or less. 6 or less, 0.6 or more and 0.7 or less, 0.7 or more and 0.8 or less, 0.8 or more and 0.9 or less, or 0.9 or more and less than 1.0. The ratio Tall/TS is preferably 0.2 or more and 0.5 or less.
The modification lines 22A to 22D are formed from the first main surface 3 to the second main surface 4 of the SiC semiconductor layer 2 at intervals. The modification lines 22A-22D expose the surface layer portion of the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2 from the side surfaces 5A-5D. In other words, modification lines 22A to 22D are not formed in main surface insulating layer 10, passivation layer 13 and resin layer 16. FIG.
改質ライン22A~22Dは、SiC半導体層2の第2主面4から第1主面3に間隔を空けて形成されている。改質ライン22A~22Dは、側面5A~5DからSiC半導体層2の第2主面4の表層部を露出させている。
改質ライン22A~22Dは、SiC半導体基板6に形成されている。改質ライン22A~22Dは、SiC半導体基板6およびSiCエピタキシャル層7の間の境界から第2主面4に間隔を空けて形成されている。改質ライン22A~22Dは、SiC半導体層2の第1主面3の表層部においてSiCエピタキシャル層7を露出させている。
The modification lines 22A to 22D are formed from the second main surface 4 to the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2 at intervals. The modification lines 22A-22D expose the surface layer portion of the second main surface 4 of the SiC semiconductor layer 2 from the side surfaces 5A-5D.
Modification lines 22A to 22D are formed in SiC semiconductor substrate 6 . Modification lines 22A-22D are formed on second main surface 4 at intervals from the boundary between SiC semiconductor substrate 6 and SiC epitaxial layer 7 . Modification lines 22A to 22D expose SiC epitaxial layer 7 in the surface layer portion of first main surface 3 of SiC semiconductor layer 2 .
改質ライン22Aおよび改質ライン22Bは、SiC半導体層2における側面5Aおよび側面5Bを接続する角部において互いに連なっていてもよい。改質ライン22Bおよび改質ライン22Cは、SiC半導体層2における側面5Bおよび側面5Cを接続する角部において互いに連なっていてもよい。
改質ライン22Cおよび改質ライン22Dは、SiC半導体層2における側面5Cおよび側面5Dを接続する角部において互いに連なっていてもよい。改質ライン22Dおよび改質ライン22Aは、SiC半導体層2における側面5Dおよび側面5Aを接続する角部において互いに連なっていてもよい。
Modification line 22A and modification line 22B may be connected to each other at a corner connecting side surface 5A and side surface 5B of SiC semiconductor layer 2 . Modification line 22</b>B and modification line 22</b>C may be connected to each other at a corner connecting side surface 5</b>B and side surface 5</b>C of SiC semiconductor layer 2 .
Modification line 22</b>C and modification line 22</b>D may be connected to each other at a corner connecting side surface 5</b>C and side surface 5</b>D of SiC semiconductor layer 2 . Modification line 22</b>D and modification line 22</b>A may be connected to each other at a corner connecting side surface 5</b>D and side surface 5</b>A of SiC semiconductor layer 2 .
改質ライン22A~22Dは、SiC半導体層2を取り囲むように一体的に形成されていてもよい。つまり、改質ライン22A~22Dは、SiC半導体層2の側面5A~5DにおいてSiC半導体層2を取り囲む1つの無端状(環状)の改質ラインを形成していてもよい。
改質ライン22A~22Dは、SiC半導体層2の側面5A~5Dにおいて異なる専有割合RA,RB,RC,RDで形成されている。専有割合RAは、改質ライン22Aが側面5Aに占める割合である。専有割合RBは、改質ライン22Bが側面5Bに占める割合である。専有割合RCは、改質ライン22Cが側面5Cに占める割合である。専有割合RDは、改質ライン22Dが側面5Dに占める割合である。
Modification lines 22A to 22D may be integrally formed to surround SiC semiconductor layer 2 . That is, modification lines 22A to 22D may form one endless (annular) modification line surrounding SiC semiconductor layer 2 on side surfaces 5A to 5D of SiC semiconductor layer 2 .
The modified lines 22A to 22D are formed on the side surfaces 5A to 5D of the SiC semiconductor layer 2 with different occupation ratios RA, RB, RC and RD. The occupation ratio RA is the ratio of the reforming line 22A to the side surface 5A. The occupation ratio RB is the ratio of the reforming line 22B to the side surface 5B. The occupation ratio RC is the ratio of the reforming line 22C to the side surface 5C. The occupation ratio RD is the ratio of the reformed line 22D to the side surface 5D.
専有割合RA~RDは、より具体的には、SiC単結晶の結晶面に応じて異なっている。SiC単結晶のm面に形成された改質ライン22B,22Dの専有割合RB,RDは、SiC単結晶のa面に形成された改質ライン22A,22Cの専有割合RA,RC以下(RB,RD≦RA,RC)である。専有割合RB,RDは、より具体的には、専有割合RA,RC未満(RB,RD<RA,RC)である。
More specifically, the exclusive proportions RA to RD differ depending on the crystal plane of the SiC single crystal. The occupied ratios RB, RD of the modified lines 22B, 22D formed on the m-plane of the SiC single crystal are less than the occupied ratios RA, RC of the modified lines 22A, 22C formed on the a-plane of the SiC single crystal (RB, RD≦RA, RC). More specifically, the occupancy ratios RB, RD are less than the occupancy ratios RA, RC (RB, RD<RA, RC).
改質ライン22A,22Cの専有割合RA,RCは、互いに等しくてもよいし、互いに異なっていてもよい。改質ライン22B,22Dの専有割合RB,RDは、互いに等しくてもよいし、互いに異なっていてもよい。
専有割合RA~RDは、改質ライン22A~22Dの個数、総厚さTall、総表面積等によって調整される。この形態では、一例として、等しい厚さTRをそれぞれ有する改質ライン22A~22Dの個数を調節することによって、改質ライン22A~22Dの専有割合RA~RD(総厚さTallおよび総表面積)を調整している。
The occupation ratios RA and RC of the reforming lines 22A and 22C may be equal to each other or may be different from each other. The occupation ratios RB and RD of the reforming lines 22B and 22D may be equal to each other or may be different from each other.
The occupation ratios RA to RD are adjusted by the number of reforming lines 22A to 22D, the total thickness Tall, the total surface area, and the like. In this embodiment, as an example, by adjusting the number of reforming lines 22A to 22D each having the same thickness TR, the occupation ratios RA to RD (total thickness Tall and total surface area) of the reforming lines 22A to 22D can be adjusted. adjusting.
つまり、改質ライン22B,22Dの個数は、それぞれ改質ライン22A,22Cの個数未満である。また、改質ライン22B,22Dの総厚さTallは、それぞれ改質ライン22A,22Cの総厚さTall未満である。また、改質ライン22B,22Dの総表面積は、それぞれ改質ライン22A,22Cの総表面積未満である。
これらは、改質ライン22B,22Dの専有割合RB,RDを比較的簡単な設計によって改質ライン22A,22Cの専有割合RA,RC未満にする構造である。
That is, the number of reforming lines 22B and 22D is less than the number of reforming lines 22A and 22C, respectively. Also, the total thickness Tall of the modified lines 22B and 22D is less than the total thickness Tall of the modified lines 22A and 22C. Also, the total surface area of reforming lines 22B and 22D is less than the total surface area of reforming lines 22A and 22C, respectively.
These are structures that make the occupation ratios RB and RD of the reforming lines 22B and 22D smaller than the occupation ratios RA and RC of the reforming lines 22A and 22C by a relatively simple design.
専有割合RB,RDが専有割合RA,RC未満の条件の下で、改質ライン22B,22Dの個数は、それぞれ改質ライン22A,22Cの個数以上に設定されてもよい。また、専有割合RB,RDが専有割合RA,RC未満の条件の下で、改質ライン22B,22Dの厚さTRは、それぞれ改質ライン22A,22Cの厚さTR以上に設定されてもよい。
図5を参照して、改質ライン22Aは、複数のa面改質部28(改質部)を含む。換言すると、改質ライン22Aは、複数のa面改質部28の集合体によって形成されている。複数のa面改質部28は、側面5Aから露出するSiC単結晶がSiC単結晶とは異なる性質に改質された部分である。側面5Aにおいて各a面改質部28の周囲の領域は、SiC単結晶とは異なる性質に改質されていてもよい。
Under the condition that the occupancy ratios RB and RD are less than the occupancy ratios RA and RC, the number of reforming lines 22B and 22D may be set equal to or larger than the number of reforming lines 22A and 22C, respectively. Further, under the condition that the exclusive ratios RB, RD are less than the exclusive ratios RA, RC, the thickness TR of the reforming lines 22B, 22D may be set to be equal to or greater than the thickness TR of the reforming lines 22A, 22C. .
Referring to FIG. 5, the reforming line 22A includes a plurality of a-plane reforming sections 28 (reforming sections). In other words, the modified line 22A is formed by an aggregate of a plurality of a-surface modified portions 28. As shown in FIG. A plurality of a-plane modified portions 28 are portions in which the SiC single crystal exposed from the side surface 5A has been modified to have properties different from those of the SiC single crystal. A region around each a-plane modified portion 28 on the side surface 5A may be modified to have properties different from those of the SiC single crystal.
複数のa面改質部28は、第1主面3側に位置する一端部28a、第2主面4側に位置する他端部28b、ならびに、一端部28aおよび他端部28bを接続する接続部28cをそれぞれ含む。
複数のa面改質部28は、法線方向Zに延びる線状にそれぞれ形成されている。これにより、複数のa面改質部28は、全体として縞状に形成されている。複数のa面改質部28は、m軸方向幅が一端部28a側から他端部28b側に向けて狭まる先細り形状に形成された複数のa面改質部28を含んでいてもよい。
The plurality of a-plane modified portions 28 connect one end portion 28a located on the first main surface 3 side, the other end portion 28b located on the second main surface 4 side, and the one end portion 28a and the other end portion 28b. Each includes a connecting portion 28c.
The plurality of a-plane modified portions 28 are formed linearly extending in the normal direction Z, respectively. As a result, the plurality of a-plane modified portions 28 are formed in stripes as a whole. The plurality of a-plane modified portions 28 may include a plurality of a-plane modified portions 28 formed in a tapered shape in which the width in the m-axis direction narrows from the one end portion 28a side toward the other end portion 28b side.
複数のa面改質部28は、m軸方向に互いに対向するようにm軸方向に間隔を空けて形成されている。複数のa面改質部28は、m軸方向に互いに重なり合っていてもよい。m軸方向に延びる帯状の領域が、複数のa面改質部28の一端部28aを結ぶラインおよび複数のa面改質部28の他端部28bを結ぶラインによって形成されている。改質ライン22Aは、この帯状の領域によって形成されている。
The plurality of a-plane modified portions 28 are formed at intervals in the m-axis direction so as to face each other in the m-axis direction. A plurality of a-plane modified portions 28 may overlap each other in the m-axis direction. A strip-shaped region extending in the m-axis direction is formed by a line connecting one ends 28a of the plurality of a-plane modified portions 28 and a line connecting the other ends 28b of the plurality of a-plane modified portions 28. FIG. The reforming line 22A is formed by this belt-like region.
複数のa面改質部28は、側面5Aを切り欠いた切欠部をそれぞれ形成していてもよい。複数のa面改質部28は、側面5Aからa軸方向に向けて窪んだリセスをそれぞれ形成していてもよい。複数のa面改質部28は、法線方向Zの長さやm軸方向幅に応じて点状(ドット状)に形成されていてもよい。
m軸方向に関して、互いに隣り合う複数のa面改質部28の中央部間のピッチPRは、0μmを超えて20μm以下であってもよい。ピッチPRは、0μmを超えて5μm以下、5μm以上10μm以下、10μm以上15μm以下または15μm以上20μm以下であってもよい。
The plurality of a-surface modified portions 28 may each form a notch portion obtained by notching the side surface 5A. The plurality of a-plane modified portions 28 may each form a recess that is recessed in the a-axis direction from the side surface 5A. The plurality of a-plane modified portions 28 may be formed in a point shape (dot shape) according to the length in the normal direction Z and the width in the m-axis direction.
In the m-axis direction, the pitch PR between the central portions of the plurality of adjacent a-plane modified portions 28 may be more than 0 μm and 20 μm or less. The pitch PR may be greater than 0 μm and 5 μm or less, 5 μm or more and 10 μm or less, 10 μm or more and 15 μm or less, or 15 μm or more and 20 μm or less.
m軸方向に関して、各a面改質部28の幅WRは、0μmを超えて20μm以下であってもよい。幅WRは、0μmを超えて5μm以下、5μm以上10μm以下、10μm以上15μm以下または15μm以上20μm以下であってもよい。
改質ライン22Cは、側面5Cに形成されている点を除いて、改質ライン22Aと同様の構造を有している。改質ライン22Aの説明は、「側面5A」を「側面5C」と読み替えて改質ライン22Cの説明に準用される。
With respect to the m-axis direction, the width WR of each a-plane modified portion 28 may exceed 0 μm and be 20 μm or less. The width WR may be greater than 0 μm and 5 μm or less, 5 μm or more and 10 μm or less, 10 μm or more and 15 μm or less, or 15 μm or more and 20 μm or less.
The reforming line 22C has the same structure as the reforming line 22A except that it is formed on the side surface 5C. The description of the reforming line 22A is applied mutatis mutandis to the description of the reforming line 22C by reading the "side surface 5A" as "the side surface 5C".
図6を参照して、改質ライン22Dは、複数のm面改質部29(改質部)を含む。換言すると、改質ライン22Dは、複数のm面改質部29の集合体によって形成されている。複数のm面改質部29は、側面5Dから露出するSiC単結晶がSiC単結晶とは異なる性質に改質された部分である。側面5Dにおいて各m面改質部29の周囲の領域は、SiC単結晶とは異なる性質に改質されていてもよい。
Referring to FIG. 6, a modification line 22D includes a plurality of m-plane modification portions 29 (modification portions). In other words, the modified line 22</b>D is formed by an aggregate of multiple m-plane modified portions 29 . A plurality of m-plane modified portions 29 are portions in which the SiC single crystal exposed from the side surface 5D has been modified to have properties different from those of the SiC single crystal. A region around each m-plane modified portion 29 on the side surface 5D may be modified to have properties different from those of the SiC single crystal.
複数のm面改質部29は、第1主面3側に位置する一端部29a、第2主面4側に位置する他端部29b、ならびに、一端部29aおよび他端部29bを接続する接続部29cをそれぞれ含む。
複数のm面改質部29は、法線方向Zに延びる線状にそれぞれ形成されている。これにより、複数のm面改質部29は、全体として縞状に形成されている。複数のm面改質部29は、a軸方向幅が一端部29a側から他端部29b側に向けて狭まる先細り形状に形成された複数のm面改質部29を含んでいてもよい。
The plurality of m-plane modified portions 29 connect one end portion 29a located on the first main surface 3 side, the other end portion 29b located on the second main surface 4 side, and the one end portion 29a and the other end portion 29b. Each includes a connecting portion 29c.
The plurality of m-plane modified portions 29 are formed linearly extending in the normal direction Z, respectively. As a result, the plurality of m-plane modified portions 29 are formed in stripes as a whole. The plurality of m-plane modified portions 29 may include a plurality of m-plane modified portions 29 formed in a tapered shape in which the width in the a-axis direction narrows from the one end portion 29a side toward the other end portion 29b side.
複数のm面改質部29は、a軸方向に互いに対向するようにa軸方向に間隔を空けて形成されている。複数のm面改質部29は、a軸方向に互いに重なり合っていてもよい。a軸方向に延びる帯状の領域が、複数のm面改質部29の一端部29aを結ぶラインおよび複数のm面改質部29の他端部29bを結ぶラインによって形成されている。改質ライン22Dは、この帯状の領域によって形成されている。
A plurality of m-plane modified portions 29 are formed at intervals in the a-axis direction so as to face each other in the a-axis direction. A plurality of m-plane modified portions 29 may overlap each other in the a-axis direction. A band-like region extending in the a-axis direction is formed by a line connecting one ends 29a of the plurality of m-plane modified portions 29 and a line connecting the other ends 29b of the plurality of m-plane modified portions 29. FIG. The modified line 22D is formed by this belt-like region.
複数のm面改質部29は、側面5Dを切り欠いた切欠部をそれぞれ形成していてもよい。複数のm面改質部29は、側面5Dからm軸方向に向けて窪んだリセスをそれぞれ形成していてもよい。複数のm面改質部29は、法線方向Zの長さやa軸方向幅に応じて点状(ドット状)に形成されていてもよい。
a軸方向に関して、互いに隣り合う複数のm面改質部29の中央部間のピッチPRは、0μm以上20μm以下であってもよい。ピッチPRは、0μm以上5μm以下、5μm以上10μm以下、10μm以上15μm以下または15μm以上20μm以下であってもよい。
The plurality of m-plane modified portions 29 may each form a notch portion obtained by notching the side surface 5D. The plurality of m-plane modified portions 29 may each form a recess that is recessed in the m-axis direction from the side surface 5D. The plurality of m-plane modified portions 29 may be formed in a point shape (dot shape) according to the length in the normal direction Z and the width in the a-axis direction.
A pitch PR between central portions of the plurality of m-plane modified portions 29 adjacent to each other in the a-axis direction may be 0 μm or more and 20 μm or less. The pitch PR may be 0 μm to 5 μm, 5 μm to 10 μm, 10 μm to 15 μm, or 15 μm to 20 μm.
a軸方向に関して、各m面改質部29の幅WRは、0μmを超えて20μm以下であってもよい。幅WRは、0μmを超えて5μm以下、5μm以上10μm以下、10μm以上15μm以下または15μm以上20μm以下であってもよい。
改質ライン22Bは、側面5Bに形成されている点を除いて、改質ライン22Dと同様の構造を有している。改質ライン22Dの説明は、「側面5D」を「側面5B」と読み替えて改質ライン22Bの説明に準用される。
The width WR of each m-plane modified portion 29 in the a-axis direction may be greater than 0 μm and equal to or less than 20 μm. The width WR may be greater than 0 μm and 5 μm or less, 5 μm or more and 10 μm or less, 10 μm or more and 15 μm or less, or 15 μm or more and 20 μm or less.
The modified line 22B has the same structure as the modified line 22D except that it is formed on the side surface 5B. The description of the reforming line 22D is applied mutatis mutandis to the description of the reforming line 22B by reading "side surface 5D" as "side surface 5B".
図8を参照して、アクティブ領域8においてSiC半導体層2の第1主面3の表層部には、n型のダイオード領域35が形成されている。ダイオード領域35は、この形態では、SiC半導体層2の第1主面3の中央部に形成されている。ダイオード領域35は、この形態では、平面視においてSiC半導体層2の側面5A~5Dに平行な4辺を有する四角形状に設定されている。
Referring to FIG. 8 , an n-type diode region 35 is formed in the surface layer portion of first main surface 3 of SiC semiconductor layer 2 in active region 8 . Diode region 35 is formed in the central portion of first main surface 3 of SiC semiconductor layer 2 in this embodiment. In this embodiment, the diode region 35 is set in a square shape having four sides parallel to the side surfaces 5A to 5D of the SiC semiconductor layer 2 in plan view.
ダイオード領域35のn型不純物濃度は、SiCエピタキシャル層7のn型不純物濃度以上であってもよい。ダイオード領域35は、この形態では、SiCエピタキシャル層7の一部を利用して形成されている。ダイオード領域35のn型不純物濃度は、SiCエピタキシャル層7のn型不純物濃度と等しい。ダイオード領域35は、SiCエピタキシャル層7の表層部に対するn型不純物の導入によって形成されていてもよい。
The n-type impurity concentration of diode region 35 may be equal to or higher than the n-type impurity concentration of SiC epitaxial layer 7 . Diode region 35 is formed using part of SiC epitaxial layer 7 in this embodiment. The n-type impurity concentration of diode region 35 is equal to the n-type impurity concentration of SiC epitaxial layer 7 . Diode region 35 may be formed by introducing an n-type impurity into the surface layer of SiC epitaxial layer 7 .
外側領域9においてSiC半導体層2の第1主面3の表層部には、p+型のガード領域36が形成されている。ガード領域36は、平面視においてダイオード領域35に沿って延びる帯状に形成されている。
ガード領域36は、より具体的には、平面視においてダイオード領域35を取り囲む無端状(たとえば四角環状、角を面取りした四角環状または円環状)に形成されている。これにより、ガード領域36は、ガードリング領域として形成されている。ダイオード領域35は、この形態では、ガード領域36によって画定されている。また、アクティブ領域8は、ガード領域36によって画定されている。
A p + -type guard region 36 is formed in the surface layer portion of the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2 in the outer region 9 . The guard region 36 is formed in a strip shape extending along the diode region 35 in plan view.
More specifically, the guard region 36 is formed in an endless shape (for example, a square ring shape, a square ring shape with chamfered corners, or a ring shape) surrounding the diode region 35 in plan view. Thus, the guard region 36 is formed as a guard ring region. Diode region 35 is defined by guard region 36 in this embodiment. Also, the active area 8 is defined by a guard area 36 .
ガード領域36のp型不純物は、活性化されていなくてもよい。この場合、ガード領域36は、非半導体領域として形成される。ガード領域36のp型不純物は、活性化されていてもよい。この場合、ガード領域36は、p型半導体領域として形成される。
SiC半導体層2の第1主面3の上には、前述の主面絶縁層10が形成されている。主面絶縁層10には、ダイオード領域35を露出させるダイオード開口37が形成されている。ダイオード開口37は、ダイオード領域35に加えてガード領域36の内周縁も露出させている。ダイオード開口37は、平面視においてSiC半導体層2の側面5A~5Dに平行な4辺を有する四角形状に形成されている。
The p-type impurity in guard region 36 may not be activated. In this case, guard region 36 is formed as a non-semiconductor region. The p-type impurity in guard region 36 may be activated. In this case, guard region 36 is formed as a p-type semiconductor region.
The aforementioned main surface insulating layer 10 is formed on the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2 . A diode opening 37 that exposes the diode region 35 is formed in the main surface insulating layer 10 . Diode opening 37 exposes the inner peripheral edge of guard region 36 in addition to diode region 35 . Diode opening 37 is formed in a rectangular shape having four sides parallel to side surfaces 5A to 5D of SiC semiconductor layer 2 in plan view.
主面絶縁層10の上には、前述の第1主面電極層12が形成されている。第1主面電極層12は、絶縁層の上からダイオード開口37に入り込んでいる。第1主面電極層12は、ダイオード開口37内においてダイオード領域35に電気的に接続されている。
第1主面電極層12は、より具体的には、ダイオード領域35との間でショットキー接合を形成している。これにより、第1主面電極層12をアノードとし、ダイオード領域35をカソードとするショットキーバリアダイオードDが形成されている。主面絶縁層10の上には、前述のパッシベーション層13および樹脂層16が形成されている。
The above-described first main-surface electrode layer 12 is formed on the main-surface insulating layer 10 . The first main-surface electrode layer 12 enters the diode opening 37 from above the insulating layer. The first main surface electrode layer 12 is electrically connected to the diode region 35 within the diode opening 37 .
More specifically, the first main-surface electrode layer 12 forms a Schottky junction with the diode region 35 . Thereby, a Schottky barrier diode D having the first main surface electrode layer 12 as an anode and the diode region 35 as a cathode is formed. The above-described passivation layer 13 and resin layer 16 are formed on the principal surface insulating layer 10 .
図9は、図3に示すSiC半導体装置1の製造に使用されるSiC半導体ウエハ41を示す斜視図である。
SiC半導体ウエハ41は、SiC半導体基板6のベースとなる部材である。SiC半導体ウエハ41は、六方晶からなるSiC単結晶の一例としての4H-SiC単結晶を含む。SiC半導体ウエハ41は、この形態では、SiC半導体基板6のn型不純物濃度に対応したn型不純物濃度を有している。
FIG. 9 is a perspective view showing a SiC semiconductor wafer 41 used for manufacturing SiC semiconductor device 1 shown in FIG.
The SiC semiconductor wafer 41 is a base member of the SiC semiconductor substrate 6 . The SiC semiconductor wafer 41 includes a 4H—SiC single crystal as an example of a hexagonal SiC single crystal. SiC semiconductor wafer 41 in this embodiment has an n-type impurity concentration corresponding to the n-type impurity concentration of SiC semiconductor substrate 6 .
SiC半導体ウエハ41は板状または盤状に形成されている。SiC半導体ウエハ41は、円盤状に形成されていてもよい。SiC半導体ウエハ41は、一方側の第1ウエハ主面42、他方側の第2ウエハ主面43、ならびに、第1ウエハ主面42および第2ウエハ主面43を接続するウエハ側面44を有している。
SiC半導体ウエハ41の厚さTWは、SiC半導体基板6の厚さTSを超えている(TS<TW)。SiC半導体ウエハ41の厚さTWは、研削によってSiC半導体基板6の厚さTSに合わせ込まれる。
SiC semiconductor wafer 41 is formed in a plate-like or board-like shape. SiC semiconductor wafer 41 may be formed in a disc shape. The SiC semiconductor wafer 41 has a first wafer main surface 42 on one side, a second wafer main surface 43 on the other side, and a wafer side surface 44 connecting the first wafer main surface 42 and the second wafer main surface 43 . ing.
The thickness TW of the SiC semiconductor wafer 41 exceeds the thickness TS of the SiC semiconductor substrate 6 (TS<TW). The thickness TW of the SiC semiconductor wafer 41 is matched with the thickness TS of the SiC semiconductor substrate 6 by grinding.
厚さTWは、150μmを超えて750μm以下であってもよい。厚さTWは、150μmを超えて300μm以下、300μm以上450μm以下、450μm以上600μm以下または600μm以上750μm以下であってもよい。SiC半導体ウエハ41の研削時間を鑑みると、厚さTWは、150μmを超えて500μm以下であることが好ましい。厚さTWは、典型的には、300μm以上450μm以下である。
The thickness TW may be greater than 150 μm and less than or equal to 750 μm. The thickness TW may be greater than 150 μm and 300 μm or less, 300 μm or more and 450 μm or less, 450 μm or more and 600 μm or less or 600 μm or more and 750 μm or less. Considering the grinding time of the SiC semiconductor wafer 41, the thickness TW is preferably over 150 μm and 500 μm or less. The thickness TW is typically 300 μm or more and 450 μm or less.
第1ウエハ主面42および第2ウエハ主面43は、この形態では、SiC単結晶のc面に面している。第1ウエハ主面42は、(0001)面(シリコン面)に面している。第2ウエハ主面43は、SiC単結晶の(000-1)面(カーボン面)に面している。
第1ウエハ主面42および第2ウエハ主面43は、SiC単結晶のc面に対して[11-20]方向に10°以下の角度で傾斜したオフ角θを有している。第1ウエハ主面42の法線方向Zは、SiC単結晶のc軸([0001]方向)に対してオフ角θ分だけ傾斜している。
The first wafer main surface 42 and the second wafer main surface 43 face the c-plane of the SiC single crystal in this embodiment. The first wafer main surface 42 faces the (0001) plane (silicon plane). The second wafer main surface 43 faces the (000-1) plane (carbon plane) of the SiC single crystal.
The first wafer main surface 42 and the second wafer main surface 43 have an off-angle θ of 10° or less in the [11-20] direction with respect to the c-plane of the SiC single crystal. The normal direction Z of the first wafer main surface 42 is inclined by an off angle θ with respect to the c-axis ([0001] direction) of the SiC single crystal.
オフ角θは、0°以上5.0°以下であってもよい。オフ角θは、0°以上1.0°以下、1.0°以上1.5°以下、1.5°以上2.0°以下、2.0°以上2.5°以下、2.5°以上3.0°以下、3.0°以上3.5°以下、3.5°以上4.0°以下、4.0°以上4.5°以下または4.5°以上5.0°以下の角度の範囲に設定されてもよい。オフ角θは、0°を超えていることが好ましい。オフ角θは、4.0°未満であってもよい。
The off angle θ may be 0° or more and 5.0° or less. The off angle θ is 0° or more and 1.0° or less, 1.0° or more and 1.5° or less, 1.5° or more and 2.0° or less, 2.0° or more and 2.5° or less, or 2.5°. ° to 3.0°, 3.0° to 3.5°, 3.5° to 4.0°, 4.0° to 4.5° or 4.5° to 5.0° It may be set within the following angle range. The off angle θ is preferably greater than 0°. The off angle θ may be less than 4.0°.
オフ角θは、3.0°以上4.5°以下の角度の範囲に設定されていてもよい。この場合、オフ角θは、3.0°以上3.5°以下または3.5°以上4.0°以下の角度の範囲に設定されていることが好ましい。
オフ角θは、1.5°以上3.0°以下の角度の範囲に設定されていてもよい。この場合、オフ角θは、1.5°以上2.0°以下または2.0°以上2.5°以下の角度の範囲に設定されていることが好ましい。
The off angle θ may be set within an angle range of 3.0° or more and 4.5° or less. In this case, the off angle θ is preferably set in the range of 3.0° or more and 3.5° or less or 3.5° or more and 4.0° or less.
The off angle θ may be set within an angle range of 1.5° or more and 3.0° or less. In this case, the off angle θ is preferably set within an angle range of 1.5° or more and 2.0° or less or 2.0° or more and 2.5° or less.
SiC半導体ウエハ41は、第1ウエハ主面42およびウエハ側面44を接続する第1ウエハ角部45、ならびに、第2ウエハ主面43およびウエハ側面44を接続する第2ウエハ角部46を含む。第1ウエハ角部45は、第1ウエハ主面42からウエハ側面44に向かって下り傾斜した第1面取り部47を有している。第2ウエハ角部46は、第2ウエハ主面43からウエハ側面44に向かって下り傾斜した第2面取り部48を有している。
SiC semiconductor wafer 41 includes a first wafer corner portion 45 connecting first wafer main surface 42 and wafer side surface 44 and a second wafer corner portion 46 connecting second wafer main surface 43 and wafer side surface 44 . The first wafer corner portion 45 has a first chamfered portion 47 inclined downward from the first wafer main surface 42 toward the wafer side surface 44 . The second wafer corner portion 46 has a second chamfered portion 48 inclined downward from the second wafer main surface 43 toward the wafer side surface 44 .
第1面取り部47は、凸湾曲状に形成されていてもよい。第2面取り部48は、凸湾曲状に形成されていてもよい。第1面取り部47および第2面取り部48は、SiC半導体ウエハ41のクラックを抑制する。
SiC半導体ウエハ41のウエハ側面44には、SiC単結晶の結晶方位を示す目印の一例として1つのオリエンテーションフラット49が形成されている。オリエンテーションフラット49は、SiC半導体ウエハ41のウエハ側面44に形成された切欠部である。オリエンテーションフラット49は、この形態では、SiC単結晶のa軸方向([11-20]方向)に沿って直線状に延びている。
The first chamfered portion 47 may be formed in a convex curved shape. The second chamfered portion 48 may be formed in a convex curved shape. First chamfered portion 47 and second chamfered portion 48 suppress cracks in SiC semiconductor wafer 41 .
One orientation flat 49 is formed on the wafer side surface 44 of the SiC semiconductor wafer 41 as an example of a mark indicating the crystal orientation of the SiC single crystal. The orientation flat 49 is a notch formed in the wafer side surface 44 of the SiC semiconductor wafer 41 . The orientation flat 49 in this embodiment extends linearly along the a-axis direction ([11-20] direction) of the SiC single crystal.
SiC半導体ウエハ41のウエハ側面44には、結晶方位を示す複数(たとえば2つ)のオリエンテーションフラット49が形成されていてもよい。複数(たとえば2つ)のオリエンテーションフラット49は、第1オリエンテーションフラットおよび第2オリエンテーションフラットを含んでいてもよい。
第1オリエンテーションフラットは、SiC単結晶のa軸方向([11-20]方向)に沿って直線状に延びる切欠部であってもよい。第2オリエンテーションフラットは、SiC単結晶のm軸方向([1-100]方向)に沿って直線状に延びる切欠部であってもよい。
A wafer side surface 44 of the SiC semiconductor wafer 41 may be formed with a plurality of (for example, two) orientation flats 49 indicating the crystal orientation. The multiple (eg, two) orientation flats 49 may include a first orientation flat and a second orientation flat.
The first orientation flat may be a notch extending linearly along the a-axis direction ([11-20] direction) of the SiC single crystal. The second orientation flat may be a notch extending linearly along the m-axis direction ([1-100] direction) of the SiC single crystal.
SiC半導体ウエハ41の第1ウエハ主面42には、SiC半導体装置1にそれぞれ対応した複数の装置形成領域51が設定される。複数の装置形成領域51は、m軸方向([1-100]方向)およびa軸方向([11-20]方向)に間隔を空けて行列状の配列で設定される。
各装置形成領域51は、SiC単結晶の結晶方位に沿った4つの辺52A,52B,52C,52Dを有している。4つの辺52A~52Dは、SiC半導体層2の4つの側面5A~5Dにそれぞれ対応している。つまり、4つの辺52A~52Dは、m軸方向([1-100]方向)に沿う2つの辺52A,52Cおよびa軸方向([11-20]方向)に沿う2つの辺52B,52Dを含む。
A plurality of device formation regions 51 respectively corresponding to the SiC semiconductor devices 1 are set on the first wafer main surface 42 of the SiC semiconductor wafer 41 . The plurality of device formation regions 51 are set in a matrix arrangement at intervals in the m-axis direction ([1-100] direction) and the a-axis direction ([11-20] direction).
Each device formation region 51 has four sides 52A, 52B, 52C, 52D along the crystal orientation of the SiC single crystal. The four sides 52A-52D correspond to the four side surfaces 5A-5D of the SiC semiconductor layer 2, respectively. That is, the four sides 52A to 52D are two sides 52A and 52C along the m-axis direction ([1-100] direction) and two sides 52B and 52D along the a-axis direction ([11-20] direction). include.
複数の装置形成領域51は、m軸方向([1-100]方向)およびa軸方向([11-20]方向)に沿って延びる格子状の切断予定ライン53によってそれぞれ区画されている。切断予定ライン53は、複数の第1切断予定ライン54および複数の第2切断予定ライン55を含む。
複数の第1切断予定ライン54は、m軸方向([1-100]方向)に沿ってそれぞれ延びている。複数の第2切断予定ライン55は、a軸方向([11-20]方向)に沿ってそれぞれ延びている。複数の装置形成領域51に所定の構造が作り込まれた後、切断予定ライン53に沿ってSiC半導体ウエハ41を切断することによって、複数のSiC半導体装置1が切り出される。
The plurality of device forming regions 51 are partitioned by grid-like cutting lines 53 extending along the m-axis direction ([1-100] direction) and the a-axis direction ([11-20] direction). The lines to cut 53 include a plurality of lines to cut first 54 and a plurality of lines to cut 55 .
The multiple first lines to cut 54 each extend along the m-axis direction ([1-100] direction). The plurality of second lines to cut 55 each extend along the a-axis direction ([11-20] direction). After a predetermined structure is formed in the plurality of device forming regions 51 , the SiC semiconductor wafer 41 is cut along the lines 53 to cut, thereby cutting out the plurality of SiC semiconductor devices 1 .
図10A~図10Mは、図3に示すSiC半導体装置1の製造方法の一例を示す断面図である。図10A~図10Mでは、説明の便宜上、3つのSiC半導体装置1が形成される領域だけを示し、他の領域についての図示を省略している。
図10Aを参照して、SiC半導体装置1を製造するにあたり、まず、SiC半導体ウエハ41が用意される(図9も併せて参照)。次に、SiC半導体ウエハ41の第1ウエハ主面42にn型のSiCエピタキシャル層7が形成される。
10A to 10M are cross-sectional views showing an example of a method of manufacturing SiC semiconductor device 1 shown in FIG. 10A to 10M, for convenience of explanation, only regions where three SiC semiconductor devices 1 are formed are shown, and illustration of other regions is omitted.
Referring to FIG. 10A, in manufacturing SiC semiconductor device 1, first, SiC semiconductor wafer 41 is prepared (see also FIG. 9). Next, an n-type SiC epitaxial layer 7 is formed on the first wafer main surface 42 of the SiC semiconductor wafer 41 .
SiCエピタキシャル層7の形成工程では、SiC半導体ウエハ41の第1ウエハ主面42からSiCがエピタキシャル成長される。SiCエピタキシャル層7の厚さTEは、1μm以上50μm以下であってもよい。
これにより、SiC半導体ウエハ41およびSiCエピタキシャル層7を含むSiC半導体ウエハ構造61が形成される。SiC半導体ウエハ構造61は、第1主面62および第2主面63を含む。
In the step of forming SiC epitaxial layer 7 , SiC is epitaxially grown from first wafer main surface 42 of SiC semiconductor wafer 41 . The thickness TE of the SiC epitaxial layer 7 may be 1 μm or more and 50 μm or less.
Thereby, a SiC semiconductor wafer structure 61 including the SiC semiconductor wafer 41 and the SiC epitaxial layer 7 is formed. SiC semiconductor wafer structure 61 includes a first major surface 62 and a second major surface 63 .
SiC半導体ウエハ構造61の第1主面62および第2主面63は、SiC半導体層2の第1主面3および第2主面4にそれぞれ対応している。SiC半導体ウエハ構造61の厚さTWSは、150μmを超えて800μm以下であってもよい。厚さTWSは、150μmを超えて550μm以下であることが好ましい。
次に、図10Bを参照して、SiC半導体ウエハ構造61の第1主面62にp+型のガード領域36が形成される。ガード領域36の形成工程は、イオン注入マスク(図示せず)を介してSiC半導体ウエハ構造61の第1主面62の表層部にp型不純物を選択的に導入する工程を含む。ガード領域36は、より具体的には、SiCエピタキシャル層7の表層部に形成される。
A first main surface 62 and a second main surface 63 of the SiC semiconductor wafer structure 61 correspond to the first main surface 3 and the second main surface 4 of the SiC semiconductor layer 2, respectively. The thickness TWS of the SiC semiconductor wafer structure 61 may be greater than 150 μm and less than or equal to 800 μm. Preferably, the thickness TWS is greater than 150 μm and less than or equal to 550 μm.
Next, referring to FIG. 10B, p + -type guard region 36 is formed on first main surface 62 of SiC semiconductor wafer structure 61 . The step of forming guard region 36 includes a step of selectively introducing p-type impurities into the surface layer portion of first main surface 62 of SiC semiconductor wafer structure 61 through an ion implantation mask (not shown). More specifically, guard region 36 is formed in the surface layer portion of SiC epitaxial layer 7 .
ガード領域36は、SiC半導体ウエハ構造61においてアクティブ領域8および外側領域9を区画する。ガード領域36によって取り囲まれた領域(アクティブ領域8)には、n型のダイオード領域35が区画される。
ダイオード領域35は、イオン注入マスク(図示せず)を介してSiC半導体ウエハ構造61の第1主面62の表層部にn型不純物を選択的に導入することによって形成されてもよい。
Guard region 36 defines active region 8 and outer region 9 in SiC semiconductor wafer structure 61 . An n-type diode region 35 is defined in the region (active region 8 ) surrounded by the guard region 36 .
The diode region 35 may be formed by selectively introducing an n-type impurity into the surface layer portion of the first main surface 62 of the SiC semiconductor wafer structure 61 through an ion implantation mask (not shown).
次に、図10Cを参照して、SiC半導体ウエハ構造61の第1主面62の上に主面絶縁層10が形成される。主面絶縁層10は、酸化シリコン(SiO2)を含む。主面絶縁層10は、CVD(Chemical Vapor Deposition)法または酸化処理法(たとえば熱酸化処理法)によって形成されてもよい。
次に、図10Dを参照して、所定パターンを有するマスク64が、主面絶縁層10の上に形成される。マスク64は、複数の開口65を有している。複数の開口65は、主面絶縁層10においてダイオード開口37を形成すべき領域をそれぞれ露出させている。
Next, referring to FIG. 10C, main surface insulating layer 10 is formed on first main surface 62 of SiC semiconductor wafer structure 61 . Main surface insulating layer 10 contains silicon oxide (SiO 2 ). Main surface insulating layer 10 may be formed by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or an oxidation treatment method (for example, a thermal oxidation treatment method).
Next, referring to FIG. 10D , a mask 64 having a predetermined pattern is formed on main surface insulating layer 10 . Mask 64 has a plurality of openings 65 . The plurality of openings 65 expose regions in which the diode openings 37 are to be formed in the main insulating layer 10 .
次に、マスク64を介するエッチング法によって、主面絶縁層10の不要な部分が除去される。これにより、主面絶縁層10にダイオード開口37が形成される。ダイオード開口37の形成後、マスク64は除去される。
次に、図10Eを参照して、SiC半導体ウエハ構造61の第1主面62の上に第1主面電極層12のベースとなるベース電極層66が形成される。ベース電極層66は、SiC半導体ウエハ構造61の第1主面62の全域に形成され、主面絶縁層10を被覆する。第1主面電極層12は、蒸着法、スパッタ法またはめっき法によって形成されてもよい。
Next, unnecessary portions of the main surface insulating layer 10 are removed by an etching method through the mask 64 . Thereby, a diode opening 37 is formed in the main surface insulating layer 10 . After formation of diode opening 37, mask 64 is removed.
Next, referring to FIG. 10E , a base electrode layer 66 serving as the base of first main-surface electrode layer 12 is formed on first main surface 62 of SiC semiconductor wafer structure 61 . The base electrode layer 66 is formed over the entire first main surface 62 of the SiC semiconductor wafer structure 61 and covers the main surface insulating layer 10 . The first principal-surface electrode layer 12 may be formed by a vapor deposition method, a sputtering method, or a plating method.
次に、図10Fを参照して、所定パターンを有するマスク67が、ベース電極層66の上に形成される。マスク67は、ベース電極層66において第1主面電極層12を形成すべき領域以外の領域を露出させる開口68を有している。
次に、マスク67を介するエッチング法によって、ベース電極層66の不要な部分が除去される。これにより、ベース電極層66が複数の第1主面電極層12に分割される。第1主面電極層12の形成後、マスク67は除去される。
Next, referring to FIG. 10F, a mask 67 having a predetermined pattern is formed over base electrode layer 66 . The mask 67 has an opening 68 that exposes a region of the base electrode layer 66 other than the region where the first main surface electrode layer 12 is to be formed.
Unnecessary portions of the base electrode layer 66 are then removed by an etching method through a mask 67 . Thereby, the base electrode layer 66 is divided into a plurality of first main surface electrode layers 12 . After forming the first main surface electrode layer 12, the mask 67 is removed.
次に、図10Gを参照して、SiC半導体ウエハ構造61の第1主面62の上にパッシベーション層13が形成される。パッシベーション層13は、窒化シリコン(SiN)を含む。パッシベーション層13は、CVD法によって形成されてもよい。
次に、図10Hを参照して、パッシベーション層13の上に、樹脂層16が塗布される。樹脂層16は、アクティブ領域8および外側領域9を一括して被覆する。樹脂層16は、ポジティブタイプの感光性樹脂の一例としてのポリベンゾオキサゾールを含んでいてもよい。
Next, referring to FIG. 10G, passivation layer 13 is formed on first main surface 62 of SiC semiconductor wafer structure 61 . Passivation layer 13 includes silicon nitride (SiN). Passivation layer 13 may be formed by a CVD method.
Next, referring to FIG. 10H, resin layer 16 is applied on passivation layer 13 . The resin layer 16 collectively covers the active area 8 and the outer area 9 . The resin layer 16 may contain polybenzoxazole as an example of a positive type photosensitive resin.
次に、図10Iを参照して、樹脂層16が選択的に露光された後、現像される。これにより、パッド開口18が樹脂層16に形成される。また、切断予定ライン53(各装置形成領域51の辺52A~52D)に沿うダイシングストリート69が樹脂層16に区画される。
次に、パッシベーション層13の不要な部分が除去される。パッシベーション層13の不要な部分は、樹脂層16を介するエッチング法によって除去されてもよい。これにより、サブパッド開口15がパッシベーション層13に形成される。また、切断予定ライン53に沿うダイシングストリート69がパッシベーション層13に区画される。
Next, referring to FIG. 10I, the resin layer 16 is selectively exposed and then developed. Thereby, pad openings 18 are formed in the resin layer 16 . Further, dicing streets 69 along the planned cutting lines 53 (sides 52A to 52D of each device formation region 51) are defined in the resin layer 16. As shown in FIG.
Unnecessary portions of the passivation layer 13 are then removed. Unnecessary portions of passivation layer 13 may be removed by an etching method through resin layer 16 . A sub-pad opening 15 is thereby formed in the passivation layer 13 . A dicing street 69 along the planned cutting line 53 is defined in the passivation layer 13 .
この形態では、樹脂層16を利用してパッシベーション層13の不要な部分を除去する工程について説明した。しかし、サブパッド開口15をパッシベーション層13に形成した後、樹脂層16およびパッド開口18を形成してもよい。
この場合、樹脂層16の形成工程に先立って、マスクを介するエッチング法によってパッシベーション層13の不要な部分が除去され、サブパッド開口15が形成される。この工程によれば、パッシベーション層13を任意の形状に形成できる。
In this embodiment, the step of removing unnecessary portions of the passivation layer 13 using the resin layer 16 has been described. However, the resin layer 16 and the pad opening 18 may be formed after the sub-pad opening 15 is formed in the passivation layer 13 .
In this case, prior to the step of forming the resin layer 16, an unnecessary portion of the passivation layer 13 is removed by etching through a mask to form the sub-pad opening 15. FIG. According to this process, the passivation layer 13 can be formed in an arbitrary shape.
次に、図10Jを参照して、SiC半導体ウエハ構造61の第2主面63(SiC半導体ウエハ41の第2ウエハ主面43)が研削される。これにより、SiC半導体ウエハ構造61(SiC半導体ウエハ41)が薄化される。また、SiC半導体ウエハ構造61の第2主面63に研削痕が形成される。
SiC半導体ウエハ構造61は、SiC半導体層2の厚さTLに対応する厚さTWSになるまで研削される。SiC半導体ウエハ構造61は、40μm以上200μm以下の厚さTWSになるまで研削されてもよい。
Next, referring to FIG. 10J, second main surface 63 of SiC semiconductor wafer structure 61 (second wafer main surface 43 of SiC semiconductor wafer 41) is ground. Thereby, the SiC semiconductor wafer structure 61 (SiC semiconductor wafer 41) is thinned. Also, grinding marks are formed on the second main surface 63 of the SiC semiconductor wafer structure 61 .
The SiC semiconductor wafer structure 61 is ground to a thickness TWS corresponding to the thickness TL of the SiC semiconductor layer 2 . The SiC semiconductor wafer structure 61 may be ground to a thickness TWS of 40 μm to 200 μm.
つまり、SiC半導体ウエハ41は、SiC半導体基板6の厚さTSに対応する厚さTWになるまで研削される。SiC半導体ウエハ41は、40μm以上150μm以下の厚さTWになるまで研削されてもよい。
次に、図10Kを参照して、改質ライン22A~22Dのベースとなる複数の改質ライン70(改質層)が形成される。改質ライン70の形成工程では、レーザ光照射装置71からSiC半導体ウエハ構造61に向けてパルス状のレーザ光が照射される。
In other words, the SiC semiconductor wafer 41 is ground to a thickness TW corresponding to the thickness TS of the SiC semiconductor substrate 6 . The SiC semiconductor wafer 41 may be ground to a thickness TW of 40 μm or more and 150 μm or less.
Next, referring to FIG. 10K, a plurality of modified lines 70 (modified layers) are formed as bases for modified lines 22A to 22D. In the step of forming the modified line 70 , pulsed laser light is irradiated from the laser light irradiation device 71 toward the SiC semiconductor wafer structure 61 .
レーザ光は、この形態では、SiC半導体ウエハ構造61の第1主面62側から主面絶縁層10を介してSiC半導体ウエハ構造61に照射される。レーザ光は、SiC半導体ウエハ構造61の第2主面63側からSiC半導体ウエハ構造61に直接照射されてもよい。
レーザ光の集光部(焦点)は、SiC半導体ウエハ構造61の厚さ方向途中部に設定される。SiC半導体ウエハ構造61に対するレーザ光の照射位置は、切断予定ライン53(各装置形成領域51の4つの辺52A~52D)に沿って移動される。
In this embodiment, the SiC semiconductor wafer structure 61 is irradiated with laser light from the first main surface 62 side of the SiC semiconductor wafer structure 61 through the main surface insulating layer 10 . The SiC semiconductor wafer structure 61 may be directly irradiated with the laser light from the second main surface 63 side of the SiC semiconductor wafer structure 61 .
A laser light condensing portion (focus) is set in the middle of the SiC semiconductor wafer structure 61 in the thickness direction. The laser beam irradiation position on the SiC semiconductor wafer structure 61 is moved along the planned cutting line 53 (four sides 52A to 52D of each device forming region 51).
より具体的には、SiC半導体ウエハ構造61に対するレーザ光の照射位置は、第1切断予定ライン54に沿って移動される。また、SiC半導体ウエハ構造61に対するレーザ光の照射位置は、第2切断予定ライン55に沿って移動される。
これにより、SiC半導体ウエハ構造61の厚さ方向途中部に、切断予定ライン53(各装置形成領域51の4つの辺52A~52D)に沿って延び、SiC単結晶の結晶状態が他の領域とは異なる性質に改質した複数の改質ライン70が形成される。
More specifically, the laser beam irradiation position on the SiC semiconductor wafer structure 61 is moved along the first planned cutting line 54 . Further, the irradiation position of the laser beam with respect to the SiC semiconductor wafer structure 61 is moved along the second planned cutting line 55 .
As a result, the SiC semiconductor wafer structure 61 extends along the cutting lines 53 (four sides 52A to 52D of each device forming region 51) in the middle of the thickness direction of the SiC semiconductor wafer structure 61, and the crystal state of the SiC single crystal differs from that of the other regions. A plurality of modified lines 70 modified to have different properties are formed.
複数の改質ライン70は、各装置形成領域51の4つの辺52A~52Dに対して1対1対応の関係で1層または複数層ずつ形成される。この形態では、各装置形成領域51の2つの辺52A,52Cに2層の改質ライン70がそれぞれ形成され、各装置形成領域51の2つの辺52B,52Dに1層の改質ライン70がそれぞれ形成される。
装置形成領域51の辺52A,52Cに沿う2つの改質ライン70は、a面改質部28をそれぞれ含む。装置形成領域51の辺52B,52Dに沿う2つの改質ライン70は、m面改質部29をそれぞれ含む。
A plurality of modified lines 70 are formed in one layer or a plurality of layers in a one-to-one correspondence relationship with the four sides 52A to 52D of each device formation region 51 . In this embodiment, two layers of modified lines 70 are formed on the two sides 52A and 52C of each device forming region 51, and one layer of modified lines 70 are formed on the two sides 52B and 52D of each device forming region 51. formed respectively.
Two modified lines 70 along sides 52A and 52C of device forming region 51 each include a-plane modified portion 28 . Two modified lines 70 along the sides 52B and 52D of the device formation region 51 each include the m-plane modified portion 29 .
複数の改質ライン70は、SiC半導体ウエハ構造61の厚さ方向途中部に形成されたレーザ加工痕でもある。より具体的には、改質ライン70のa面改質部28およびm面改質部29がレーザ加工痕である。
レーザ光の集光部(焦点)、レーザエネルギ、パルスデューティ比、照射速度等は、形成すべき改質ライン70(改質ライン22A~22D)の位置、大きさ、形状、厚さ等によって任意の値に定められる。
The plurality of modified lines 70 are also laser processing traces formed in the middle of the SiC semiconductor wafer structure 61 in the thickness direction. More specifically, the a-plane modified portion 28 and the m-plane modified portion 29 of the modified line 70 are traces of laser processing.
The condensing part (focus) of the laser beam, laser energy, pulse duty ratio, irradiation speed, etc. are arbitrary depending on the position, size, shape, thickness, etc. of the modified lines 70 (modified lines 22A to 22D) to be formed. is set to the value of
次に、図10Lを参照して、SiC半導体ウエハ構造61の第2主面63に第2主面電極層19が形成される。第2主面電極層19は、蒸着法、スパッタ法またはめっき法によって形成されてもよい。
第2主面電極層19の形成工程に先立って、SiC半導体ウエハ構造61の第2主面63(研削面)に対してアニール処理を実施してもよい。アニール処理は、レーザ光を用いたレーザアニール処理法によって実施されてもよい。
Next, referring to FIG. 10L, second main surface electrode layer 19 is formed on second main surface 63 of SiC semiconductor wafer structure 61 . The second principal surface electrode layer 19 may be formed by a vapor deposition method, a sputtering method, or a plating method.
Annealing may be performed on the second main surface 63 (ground surface) of the SiC semiconductor wafer structure 61 prior to the step of forming the second main surface electrode layer 19 . The annealing treatment may be performed by a laser annealing treatment method using laser light.
レーザアニール処理法によれば、SiC半導体ウエハ構造61の第2主面63の表層部のSiC単結晶が改質されてSiアモルファス層が形成される。この場合、SiC半導体層2の第2主面4の表層部にSiアモルファス層を有するSiC半導体装置1が製造される。SiC半導体層2の第2主面4では、研削痕およびSiアモルファス層が併存する。レーザアニール処理法によれば、SiC半導体層2の第2主面4に対する第2主面電極層19のオーミック性を高めることができる。
According to the laser annealing treatment method, the SiC single crystal of the surface layer portion of the second main surface 63 of the SiC semiconductor wafer structure 61 is modified to form an Si amorphous layer. In this case, the SiC semiconductor device 1 having the Si amorphous layer on the surface layer portion of the second main surface 4 of the SiC semiconductor layer 2 is manufactured. On the second main surface 4 of the SiC semiconductor layer 2, grinding marks and a Si amorphous layer coexist. According to the laser annealing treatment method, the ohmic property of the second main surface electrode layer 19 with respect to the second main surface 4 of the SiC semiconductor layer 2 can be enhanced.
次に、図10Mを参照して、SiC半導体ウエハ構造61から複数のSiC半導体装置1が切り出される。この工程では、SiC半導体ウエハ構造61の第2主面63側にテープ状の支持部材73が貼着される。
次に、SiC半導体ウエハ構造61の第2主面63側から支持部材73を介して切断予定ライン53に外力が加えられる。切断予定ライン53に対する外力は、ブレード等の押圧部材によって加えられてもよい。
Next, referring to FIG. 10M, a plurality of SiC semiconductor devices 1 are cut out from SiC semiconductor wafer structure 61 . In this step, a tape-shaped support member 73 is adhered to the second main surface 63 side of the SiC semiconductor wafer structure 61 .
Next, an external force is applied to the line to cut 53 from the second main surface 63 side of the SiC semiconductor wafer structure 61 through the support member 73 . The external force to the line to cut 53 may be applied by a pressing member such as a blade.
他の形態において、SiC半導体ウエハ構造61の第1主面62側に支持部材73が貼着されてもよい。この場合、SiC半導体ウエハ構造61の第1主面62側から支持部材73を介して切断予定ライン53に外力が加えられてもよい。外力は、ブレード等の押圧部材によって加えられてもよい。
さらに他の形態において、SiC半導体ウエハ構造61の第1主面62側または第2主面63側に伸縮性の支持部材73が貼着されてもよい。この場合、SiC半導体ウエハ構造61は、伸縮性の支持部材73をm軸方向およびa軸方向に引き伸ばすことによって劈開されてもよい。
In another form, the support member 73 may be adhered to the first main surface 62 side of the SiC semiconductor wafer structure 61 . In this case, an external force may be applied to the line to cut 53 from the first main surface 62 side of the SiC semiconductor wafer structure 61 via the support member 73 . The external force may be applied by a pressing member such as a blade.
In still another form, a stretchable support member 73 may be attached to the first main surface 62 side or the second main surface 63 side of the SiC semiconductor wafer structure 61 . In this case, the SiC semiconductor wafer structure 61 may be cleaved by stretching the elastic support member 73 in the m-axis and a-axis directions.
支持部材73を用いてSiC半導体ウエハ構造61を劈開する場合は、障害物の少ないSiC半導体ウエハ構造61の第2主面63側に支持部材73が貼着されることが好ましい。
このようにして、SiC半導体ウエハ構造61が改質ライン70(改質ライン22A~22D)を起点に切断予定ライン53に沿って劈開され、複数のSiC半導体装置1が1枚のSiC半導体ウエハ構造61(SiC半導体ウエハ41)から切り出される。
When the SiC semiconductor wafer structure 61 is cleaved using the support member 73, the support member 73 is preferably attached to the second main surface 63 side of the SiC semiconductor wafer structure 61 where there are few obstacles.
In this way, the SiC semiconductor wafer structure 61 is cleaved along the planned cutting lines 53 starting from the modification lines 70 (the modification lines 22A to 22D), and a plurality of SiC semiconductor devices 1 are formed into one SiC semiconductor wafer structure. 61 (SiC semiconductor wafer 41).
改質ライン70のうち各装置形成領域51の辺52Aに沿う部分は、改質ライン22Aとなる。改質ライン70のうち各装置形成領域51の辺52Bに沿う部分は、改質ライン22Bとなる。改質ライン70のうち各装置形成領域51の辺52Cに沿う部分は、改質ライン22Cとなる。改質ライン70のうち各装置形成領域51の辺52Dに沿う部分は、改質ライン22Dとなる。以上を含む工程を経てSiC半導体装置1が製造される。
A portion of the modified line 70 along the side 52A of each device forming region 51 becomes the modified line 22A. A portion of the modified line 70 along the side 52B of each device forming region 51 becomes the modified line 22B. A portion of the modified line 70 along the side 52C of each device formation region 51 becomes the modified line 22C. A portion of the modified line 70 along the side 52D of each device formation region 51 becomes a modified line 22D. The SiC semiconductor device 1 is manufactured through the steps including the above.
この形態では、SiC半導体ウエハ構造61の研削工程(図10J)が、改質ライン70(改質ライン22A~22D)の形成工程(図10K)に先立って実施された。しかし、SiC半導体ウエハ構造61の研削工程(図10J)は、SiC半導体ウエハ41の用意工程(図10A)の後、第2主面電極層19の形成工程(図10L)の前の任意のタイミングで実施され得る。
In this embodiment, the step of grinding SiC semiconductor wafer structure 61 (FIG. 10J) was performed prior to the step of forming modification lines 70 (modification lines 22A-22D) (FIG. 10K). However, the step of grinding the SiC semiconductor wafer structure 61 (FIG. 10J) is performed at an arbitrary timing after the step of preparing the SiC semiconductor wafer 41 (FIG. 10A) and before the step of forming the second main surface electrode layer 19 (FIG. 10L). can be implemented in
たとえば、SiC半導体ウエハ構造61の研削工程(図10J)は、SiCエピタキシャル層7の形成工程(図10A)に先立って実施されてもよい。また、SiC半導体ウエハ構造61の研削工程(図10J)は、改質ライン70(改質ライン22A~22D)の形成工程(図10K)の後に実施されてもよい。
また、SiC半導体ウエハ構造61の研削工程(図10J)は、SiC半導体ウエハ41の用意工程(図10A)の後、改質ライン70(改質ライン22A~22D)の形成工程(図10K)の前の任意のタイミングで複数回に分けて実施されてもよい。また、SiC半導体ウエハ構造61の研削工程(図10J)は、SiC半導体ウエハ41の用意工程(図10A)の後、第2主面電極層19の形成工程(図10L)の前の任意のタイミングで複数回に分けて実施されてもよい。
For example, the step of grinding SiC semiconductor wafer structure 61 (FIG. 10J) may be performed prior to the step of forming SiC epitaxial layer 7 (FIG. 10A). Also, the step of grinding the SiC semiconductor wafer structure 61 (FIG. 10J) may be performed after the step of forming the modification lines 70 (the modification lines 22A to 22D) (FIG. 10K).
Further, the step of grinding the SiC semiconductor wafer structure 61 (FIG. 10J) follows the step of preparing the SiC semiconductor wafer 41 (FIG. 10A), followed by the step of forming the modification lines 70 (modification lines 22A to 22D) (FIG. 10K). It may be performed in multiple times at any previous timing. Further, the grinding step of the SiC semiconductor wafer structure 61 (FIG. 10J) is performed at an arbitrary timing after the step of preparing the SiC semiconductor wafer 41 (FIG. 10A) and before the step of forming the second main surface electrode layer 19 (FIG. 10L). may be divided into multiple times.
図11は、図3に示すSiC半導体装置1が組み込まれた半導体パッケージ74を、封止樹脂79を透過して示す斜視図である。
図11を参照して、半導体パッケージ74は、この形態では、所謂TO-220タイプである。半導体パッケージ74は、SiC半導体装置1、パッド部75、ヒートシンク76、複数(この形態では2本)の端子77、複数(この形態では2本)の導線78および封止樹脂79を含む。パッド部75、ヒートシンク76および複数の端子77は、接続対象物の一例としてのリードフレームを形成している。
FIG. 11 is a perspective view showing a semiconductor package 74 incorporating the SiC semiconductor device 1 shown in FIG. 3 through a sealing resin 79 .
Referring to FIG. 11, the semiconductor package 74 in this form is of the so-called TO-220 type. Semiconductor package 74 includes SiC semiconductor device 1 , pad portion 75 , heat sink 76 , multiple (two in this embodiment) terminals 77 , multiple (two in this embodiment) conducting wires 78 and sealing resin 79 . The pad portion 75, the heat sink 76, and the plurality of terminals 77 form a lead frame as an example of a connection object.
パッド部75は、金属板を含む。パッド部75は、鉄、金、銀、銅、アルミニウム等を含んでいてもよい。パッド部75は、平面視において四角形状に形成されている。パッド部75は、SiC半導体装置1の平面面積以上の平面面積を有している。SiC半導体装置1は、パッド部75の上に配置されている。
SiC半導体装置1の第2主面電極層19は、導電接合材80を介してパッド部75に電気的に接続されている。導電接合材80は、第2主面電極層19およびパッド部75の間の領域に介在されている。
Pad portion 75 includes a metal plate. The pad portion 75 may contain iron, gold, silver, copper, aluminum, or the like. The pad portion 75 is formed in a square shape in plan view. Pad portion 75 has a planar area equal to or greater than the planar area of SiC semiconductor device 1 . SiC semiconductor device 1 is arranged on pad portion 75 .
The second main surface electrode layer 19 of the SiC semiconductor device 1 is electrically connected to the pad portion 75 via the conductive bonding material 80 . The conductive bonding material 80 is interposed in the region between the second principal surface electrode layer 19 and the pad section 75 .
導電接合材80は、金属製ペーストまたは半田であってもよい。金属製ペーストは、Au(金)、Ag(銀)またはCu(銅)を含む導電性ペーストであってもよい。導電接合材80は、半田からなることが好ましい。半田は、鉛フリー型の半田であってもよい。半田は、SnAgCu、SnZnBi、SnCu、SnCuNiまたはSnSbNiのうちの少なくとも1つを含んでいてもよい。
The conductive bonding material 80 may be metallic paste or solder. The metallic paste may be a conductive paste containing Au (gold), Ag (silver) or Cu (copper). The conductive bonding material 80 is preferably made of solder. The solder may be a lead-free type solder. The solder may include at least one of SnAgCu, SnZnBi, SnCu, SnCuNi or SnSbNi.
ヒートシンク76は、パッド部75の一辺に接続されている。この形態では、パッド部75およびヒートシンク76が、一枚の金属板によって形成されている。ヒートシンク76には、貫通孔76aが形成されている。貫通孔76aは、円形状に形成されている。
複数の端子77は、パッド部75に対してヒートシンク76とは反対側の辺に沿って配列されている。複数の端子77は、それぞれ金属板を含む。端子77は、鉄、金、銀、銅、アルミニウム等を含んでいてもよい。
The heat sink 76 is connected to one side of the pad portion 75 . In this form, the pad portion 75 and the heat sink 76 are formed from a single metal plate. A through hole 76 a is formed in the heat sink 76 . The through hole 76a is formed in a circular shape.
The plurality of terminals 77 are arranged along the side of the pad portion 75 opposite to the heat sink 76 . Each of the terminals 77 includes a metal plate. Terminals 77 may include iron, gold, silver, copper, aluminum, or the like.
複数の端子77は、第1端子77Aおよび第2端子77Bを含む。第1端子77Aおよび第2端子77Bは、パッド部75においてヒートシンク76とは反対側の辺に沿って間隔を空けて配列されている。第1端子77Aおよび第2端子77Bは、それらの配列方向に直交する方向に沿って帯状に延びている。
複数の導線78は、ボンディングワイヤ等であってもよい。複数の導線78は、導線78Aおよび導線78Bを含む。導線78Aは、第1端子77AおよびSiC半導体装置1の第1主面電極層12に電気的に接続されている。これにより、第1端子77Aは、導線78Aを介してSiC半導体装置1の第1主面電極層12に電気的に接続されている。
The plurality of terminals 77 includes first terminals 77A and second terminals 77B. The first terminals 77A and the second terminals 77B are arranged at intervals along the side of the pad portion 75 opposite to the heat sink 76 . The first terminals 77A and the second terminals 77B extend in a strip shape along a direction orthogonal to their arrangement direction.
The plurality of conductors 78 may be bonding wires or the like. Plurality of conductors 78 includes conductor 78A and conductor 78B. Lead wire 78A is electrically connected to first terminal 77A and first main surface electrode layer 12 of SiC semiconductor device 1 . Thereby, the first terminal 77A is electrically connected to the first main surface electrode layer 12 of the SiC semiconductor device 1 via the conducting wire 78A.
導線78Bは、第2端子77Bおよびパッド部75に電気的に接続されている。これにより、第2端子77Bは、導線78Bを介してSiC半導体装置1の第2主面電極層19に電気的に接続されている。第2端子77Bは、パッド部75と一体的に形成されていてもよい。
封止樹脂79は、ヒートシンク76および複数の端子77の一部を露出させるように、SiC半導体装置1、パッド部75および複数の導線78を封止している。封止樹脂79は、直方体形状に形成されている。
Conducting wire 78B is electrically connected to second terminal 77B and pad portion 75 . Thereby, the second terminal 77B is electrically connected to the second main surface electrode layer 19 of the SiC semiconductor device 1 through the conducting wire 78B. The second terminal 77B may be formed integrally with the pad portion 75 .
A sealing resin 79 seals the SiC semiconductor device 1 , the pad section 75 and the plurality of conductors 78 so that the heat sink 76 and the plurality of terminals 77 are partly exposed. The sealing resin 79 is formed in a rectangular parallelepiped shape.
半導体パッケージ74の形態は、TO-220に制限されない。半導体パッケージ74としては、SOP(Small Outline Package)、QFN(Quad For Non Lead Package)、DFP(Dual Flat Package)、DIP(Dual Inline Package)、QFP(Quad Flat Package)、SIP(Single Inline Package)またはSOJ(Small Outline J-leaded Package)、もしくは、これらに類する種々の形態が適用されてもよい。
The form of semiconductor package 74 is not limited to TO-220. As the semiconductor package 74, SOP (Small Outline Package), QFN (Quad For Non Lead Package), DFP (Dual Flat Package), DIP (Dual Inline Package), QFP (Quad Flat Package), SIP (Single Inline Package) or SOJ (Small Outline J-leaded Package) or various forms similar thereto may be applied.
以上、SiC半導体装置1は、SiC単結晶の結晶面に応じて異なる専有割合RA~RDを有する改質ライン22A~22Dを含む。より具体的には、SiC単結晶のm面に形成された改質ライン22B,22Dの専有割合RB,RDは、SiC単結晶のa面に形成された改質ライン22A,22Cの専有割合RA,RC以下(RB,RD≦RA,RC)である。専有割合RB,RDは、さらに具体的には、専有割合RA,RC未満(RB,RD<RA,RC)である。
As described above, the SiC semiconductor device 1 includes the reforming lines 22A to 22D having different occupation ratios RA to RD depending on the crystal plane of the SiC single crystal. More specifically, the occupation ratios RB and RD of the modified lines 22B and 22D formed on the m-plane of the SiC single crystal are equal to the occupation ratios RA of the modified lines 22A and 22C formed on the a-plane of the SiC single crystal. , RC and below (RB, RD≦RA, RC). More specifically, the occupancy ratios RB, RD are less than the occupancy ratios RA, RC (RB, RD<RA, RC).
SiC単結晶は、c面(シリコン面)をc軸方向から見た平面視において最近接原子方向(図1および図2も併せて参照)に沿って割れ易く、最近接原子方向の交差方向に沿って割れ難いという物性を有している。最近接原子方向は、a軸方向およびその等価方向である。最近接原子方向の交差方向は、m軸方向およびその等価方向である。
したがって、改質ライン70の形成工程では、SiC単結晶の最近接原子方向に沿う結晶面に対しては、比較的割れ易い性質を有しているから、比較的大きい専有割合を有する改質ライン70を形成しなくてもSiC単結晶を適切に切断(劈開)できる(図10Lも併せて参照)。最近接原子方向に沿う結晶面は、m面およびその等価面である。
A SiC single crystal is likely to crack along the direction of the nearest atoms (see also FIGS. 1 and 2) in a plan view of the c-plane (silicon plane) from the c-axis direction, and cracks along the direction intersecting the directions of the nearest atoms. It has a physical property that it is difficult to break along the edges. The closest atom direction is the a-axis direction and its equivalent direction. The cross direction of the nearest neighbor direction is the m-axis direction and its equivalent direction.
Therefore, in the step of forming the modified line 70, since the crystal plane along the direction of the closest atom of the SiC single crystal has the property of being relatively fragile, the modified line having a relatively large exclusive ratio The SiC single crystal can be appropriately cut (cleaved) without forming 70 (see also FIG. 10L). The crystal planes along the nearest-neighbor atom direction are the m-planes and their equivalent planes.
つまり、改質ライン70の形成工程において、a軸方向に延びる第2切断予定ライン55に沿う改質ライン70の専有割合を、m軸方向に延びる第1切断予定ライン54に沿う改質ライン70の専有割合よりも小さくできる。
その一方で、SiC単結晶の最近接原子方向の交差方向に沿う結晶面には、比較的大きい専有割合を有する改質ライン70が形成されている。これにより、SiC半導体ウエハ構造61の不適切な切断(劈開)を抑制できるから、SiC単結晶の物性に起因したクラックの発生を適切に抑制できる。最近接原子方向の交差方向に沿う結晶面は、a面およびその等価面である。
That is, in the step of forming the reformed lines 70, the occupancy ratio of the reformed lines 70 along the second planned cutting lines 55 extending in the a-axis direction is set to can be less than the exclusive share of
On the other hand, a reformed line 70 having a relatively large occupied ratio is formed on the crystal plane along the intersecting direction of the nearest-neighbor atom directions of the SiC single crystal. As a result, inappropriate cutting (cleavage) of the SiC semiconductor wafer structure 61 can be suppressed, so cracks caused by the physical properties of the SiC single crystal can be appropriately suppressed. The crystal planes along the direction intersecting the directions of nearest neighbors are the a-planes and their equivalent planes.
また、SiC半導体装置1は、SiC単結晶のm面に形成された改質ライン22B,22Dの個数が、SiC単結晶のa面に形成された改質ライン22A,22Cの個数未満である。
SiC単結晶は、c面(シリコン面)をc軸方向から見た平面視において最近接原子方向(図1および図2も併せて参照)に沿って割れ易く、最近接原子方向の交差方向に沿って割れ難いという物性を有している。最近接原子方向は、a軸方向およびその等価方向である。最近接原子方向の交差方向は、m軸方向およびその等価方向である。
In addition, in SiC semiconductor device 1, the number of modified lines 22B and 22D formed on the m-plane of the SiC single crystal is less than the number of modified lines 22A and 22C formed on the a-plane of the SiC single crystal.
A SiC single crystal is likely to crack along the direction of the nearest atoms (see also FIGS. 1 and 2) in a plan view of the c-plane (silicon plane) from the c-axis direction, and cracks along the direction intersecting the directions of the nearest atoms. It has a physical property that it is difficult to break along the edges. The closest atom direction is the a-axis direction and its equivalent direction. The cross direction of the nearest neighbor direction is the m-axis direction and its equivalent direction.
したがって、改質ライン70の形成工程では、SiC単結晶の最近接原子方向に沿う結晶面に対しては、改質ライン70の個数を増加させなくてもSiC単結晶を適切に切断(劈開)できる。
つまり、改質ライン70の形成工程において、a軸方向に延びる第2切断予定ライン55に沿う改質ライン70の個数を、m軸方向に延びる第1切断予定ライン54に沿う改質ライン70の個数よりも少なくできる。
Therefore, in the step of forming the modified lines 70, the SiC single crystal is appropriately cut (cleaved) without increasing the number of modified lines 70 for the crystal plane along the direction of the closest atom of the SiC single crystal. can.
That is, in the step of forming the modified lines 70, the number of modified lines 70 along the second lines to cut 55 extending in the a-axis direction is reduced to the number of modified lines 70 along the first lines to cut 54 extending in the m-axis direction. It can be less than the number.
その一方で、SiC単結晶の最近接原子方向の交差方向に沿う結晶面には、比較的多い改質ライン70が形成されている。これにより、SiC半導体ウエハ構造61を適切に切断(劈開)できるから、切断(劈開)後のSiC半導体層2の側面5A,5DにおいてはSiC単結晶の物性に起因したクラックの発生を適切に抑制できる。最近接原子方向の交差方向に沿う結晶面は、a面およびその等価面である。
On the other hand, a relatively large number of modified lines 70 are formed on the crystal plane along the intersecting direction of the directions of the closest atoms of the SiC single crystal. As a result, since the SiC semiconductor wafer structure 61 can be cut (cleaved) appropriately, the occurrence of cracks due to the physical properties of the SiC single crystal is appropriately suppressed on the side surfaces 5A and 5D of the SiC semiconductor layer 2 after cutting (cleavage). can. The crystal planes along the direction intersecting the directions of nearest neighbors are the a-planes and their equivalent planes.
このように、SiC半導体装置1によれば、SiC単結晶の物性を利用して側面5A~5Dに対する改質ライン22A~22Dの専有割合RA~RDや個数を調整できる。これにより、側面5A~5Dに対する改質ライン22A~22Dの形成領域の低減を適切に図ることができる。よって、改質ライン22A~22Dに起因するSiC半導体層2への影響を低減できる。また、改質ライン70の形成工程の時短を図ることができる。
Thus, according to the SiC semiconductor device 1, the physical properties of the SiC single crystal can be used to adjust the occupation ratios RA to RD and the number of the modification lines 22A to 22D with respect to the side surfaces 5A to 5D. As a result, it is possible to appropriately reduce the areas where the modified lines 22A to 22D are formed on the side surfaces 5A to 5D. Therefore, the influence of the modification lines 22A to 22D on the SiC semiconductor layer 2 can be reduced. Moreover, the time required for forming the reforming line 70 can be shortened.
改質ラインに起因するSiC半導体層2への影響としては、改質ラインに起因するSiC半導体層2の電気的特性の変動や、改質ラインを起点とするSiC半導体層2のクラックの発生等が例示される。
漏れ電流特性の変動が、改質ラインに起因するSiC半導体層2の電気的特性の変動として例示される。SiC半導体装置は、図11に示されたように、封止樹脂79によって封止されることがある。
Effects on the SiC semiconductor layer 2 caused by the modification lines include variations in the electrical characteristics of the SiC semiconductor layer 2 caused by the modification lines, cracks in the SiC semiconductor layer 2 originating from the modification lines, and the like. are exemplified.
Fluctuations in leakage current characteristics are exemplified as fluctuations in electrical characteristics of the SiC semiconductor layer 2 due to modified lines. A SiC semiconductor device may be sealed with a sealing resin 79 as shown in FIG.
この場合、封止樹脂79中の可動イオンが改質ラインを介してSiC半導体層2に進入することが考えられる。複数の改質ラインが各側面5A~5Dの全域に法線方向Zに沿って間隔を空けて形成された構造では、このような外部構造に起因する電流経路形成のリスクが高まる。
また、SiC半導体層2の各側面5A~5Dの全域に複数の改質ラインが法線方向Zに沿って形成された構造では、SiC半導体層2のクラックの発生リスクも高まる。したがって、SiC半導体装置1のように、改質ライン22A~22Dの形成領域を制限することによってSiC半導体層2の電気的特性の変動やクラックの発生を抑制できる。
In this case, it is conceivable that mobile ions in the sealing resin 79 enter the SiC semiconductor layer 2 through the modification line. A structure in which a plurality of modified lines are formed at intervals along the normal direction Z over the entire side surfaces 5A to 5D increases the risk of current path formation due to such an external structure.
In addition, in a structure in which a plurality of modified lines are formed along the normal direction Z over the entire side surfaces 5A to 5D of the SiC semiconductor layer 2, the risk of cracks occurring in the SiC semiconductor layer 2 increases. Therefore, like the SiC semiconductor device 1, by limiting the regions where the reforming lines 22A to 22D are formed, it is possible to suppress fluctuations in the electrical characteristics of the SiC semiconductor layer 2 and occurrence of cracks.
また、SiC半導体装置1によれば、SiC半導体ウエハ構造61(SiC半導体ウエハ41)の薄化工程を実施しているから、1層の改質ライン22B,22D(改質ライン70)を形成する場合であっても、SiC半導体ウエハ構造61を適切に劈開できる。
換言すれば、薄化されたSiC半導体ウエハ構造61(SiC半導体ウエハ41)によれば、複数の改質ライン22B,22D(改質ライン70)を法線方向Zに間隔を空けて形成せずに、SiC半導体ウエハ構造61(SiC半導体ウエハ41)を適切に劈開できる。これにより、改質ライン22A~22Dに起因するSiC半導体層2への影響をさらに低減できる。また、改質ライン70の形成工程の時短を図ることができる。
Further, according to the SiC semiconductor device 1, since the SiC semiconductor wafer structure 61 (SiC semiconductor wafer 41) is subjected to the thinning step, the one-layer modification lines 22B and 22D (modification line 70) are formed. Even in this case, the SiC semiconductor wafer structure 61 can be properly cleaved.
In other words, according to the thinned SiC semiconductor wafer structure 61 (SiC semiconductor wafer 41), the plurality of modified lines 22B and 22D (modified lines 70) are not formed at intervals in the normal direction Z. In addition, the SiC semiconductor wafer structure 61 (SiC semiconductor wafer 41) can be properly cleaved. Thereby, the influence on the SiC semiconductor layer 2 caused by the modification lines 22A to 22D can be further reduced. Moreover, the time required for forming the reforming line 70 can be shortened.
この場合、SiC半導体層2の第2主面4は、研削面からなる。SiC半導体装置1は、40μm以上200μm以下の厚さTLを有するSiC半導体層2を含むことが好ましい。このような厚さTLを有するSiC半導体層2は、SiC半導体ウエハ構造61(SiC半導体ウエハ41)から適切に切り出されることができる。
SiC半導体層2においてSiC半導体基板6の厚さTSは、40μm以上150μm以下であってもよい。SiC半導体層2においてSiCエピタキシャル層7の厚さTEは、1μm以上50μm以下であってもよい。SiC半導体層2の薄化は、抵抗値を低減する上でも有効である。
In this case, the second main surface 4 of the SiC semiconductor layer 2 is a ground surface. SiC semiconductor device 1 preferably includes SiC semiconductor layer 2 having a thickness TL of 40 μm or more and 200 μm or less. The SiC semiconductor layer 2 having such a thickness TL can be appropriately cut out from the SiC semiconductor wafer structure 61 (SiC semiconductor wafer 41).
In the SiC semiconductor layer 2, the thickness TS of the SiC semiconductor substrate 6 may be 40 μm or more and 150 μm or less. Thickness TE of SiC epitaxial layer 7 in SiC semiconductor layer 2 may be 1 μm or more and 50 μm or less. Thinning the SiC semiconductor layer 2 is also effective in reducing the resistance value.
また、SiC半導体装置1によれば、改質ライン22A~22Dが、SiC半導体層2の第1主面3から第2主面4に間隔を空けて形成されている。SiC半導体層2の第1主面3および側面5A~5Dを接続する角部では応力が集中しやすい。
したがって、SiC半導体層2の第1主面3および側面5A~5Dを接続する角部から間隔を空けて改質ライン22A~22Dを形成することにより、SiC半導体層2の角部におけるクラックの発生を適切に抑制できる。
Further, according to the SiC semiconductor device 1, the modification lines 22A to 22D are formed from the first main surface 3 to the second main surface 4 of the SiC semiconductor layer 2 at intervals. Stress tends to concentrate at corners connecting first main surface 3 of SiC semiconductor layer 2 and side surfaces 5A to 5D.
Therefore, by forming the modification lines 22A to 22D at intervals from the corners connecting the first main surface 3 and the side surfaces 5A to 5D of the SiC semiconductor layer 2, cracks at the corners of the SiC semiconductor layer 2 are generated. can be appropriately suppressed.
特に、SiC半導体装置1によれば、改質ライン22A~22Dは、SiCエピタキシャル層7を避けてSiC半導体基板6に形成されている。つまり、改質ライン22A~22Dは、半導体素子(この形態ではショットキーバリアダイオードD)の主要部が形成されるSiCエピタキシャル層7を露出させている。これにより、改質ライン22A~22Dに起因する半導体素子への影響も適切に低減できる。
In particular, according to the SiC semiconductor device 1, the modified lines 22A to 22D are formed in the SiC semiconductor substrate 6 while avoiding the SiC epitaxial layer . In other words, the modification lines 22A to 22D expose the SiC epitaxial layer 7 in which the main part of the semiconductor element (the Schottky barrier diode D in this form) is formed. As a result, the influence of the modification lines 22A to 22D on the semiconductor device can be appropriately reduced.
また、SiC半導体装置1によれば、改質ライン22A~22Dが、SiC半導体層2の第2主面4から第1主面3に間隔を空けて形成されている。SiC半導体層2の第2主面4および側面5A~5Dを接続する角部では応力が集中しやすい。
したがって、SiC半導体層2の第2主面4および側面5A~5Dを接続する角部から間隔を空けて改質ライン22A~22Dを形成することにより、SiC半導体層2の角部におけるクラックの発生を適切に抑制できる。
Further, according to the SiC semiconductor device 1, the modification lines 22A to 22D are formed from the second main surface 4 to the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2 at intervals. Stress tends to concentrate at the corners connecting the second main surface 4 of the SiC semiconductor layer 2 and the side surfaces 5A to 5D.
Therefore, by forming the modified lines 22A to 22D at intervals from the corners connecting the second main surface 4 and the side surfaces 5A to 5D of the SiC semiconductor layer 2, cracks are generated at the corners of the SiC semiconductor layer 2. can be appropriately suppressed.
また、SiC半導体装置1によれば、SiC半導体層2の第1主面3の上に形成された主面絶縁層10および第1主面電極層12を含む。主面絶縁層10は、SiC半導体層2の側面5A~5Dに連なる絶縁側面11A~11Dを有している。
主面絶縁層10は、改質ライン22A~22Dが形成された構造において、SiC半導体層2の側面5A~5Dおよび第1主面電極層12の間の絶縁性を高める。これにより、SiC半導体層2の側面5A~5Dに改質ライン22A~22Dが形成された構造において、SiC半導体層2の電気的特性の安定性を高めることができる。
Further, according to SiC semiconductor device 1 , main surface insulating layer 10 and first main surface electrode layer 12 formed on first main surface 3 of SiC semiconductor layer 2 are included. Main surface insulating layer 10 has insulating side surfaces 11A to 11D that are continuous with side surfaces 5A to 5D of SiC semiconductor layer 2 .
Principal surface insulating layer 10 enhances insulation between side surfaces 5A to 5D of SiC semiconductor layer 2 and first principal surface electrode layer 12 in a structure in which modification lines 22A to 22D are formed. Thereby, in the structure in which the modification lines 22A to 22D are formed on the side surfaces 5A to 5D of the SiC semiconductor layer 2, the stability of the electrical characteristics of the SiC semiconductor layer 2 can be enhanced.
図12Aは、図3に示すSiC半導体装置1を示す斜視図であって、改質ライン22A~22Dの第2形態例を示す斜視図である。以下では、SiC半導体装置1に対して述べた構造に対応する構造については同一の参照符号を付して説明を省略する。
第1形態例では、複数層の改質ライン22A,22Cおよび1層の改質ライン22B,22Dが形成されている。これに対して、第2形態例では、専有割合RB,RDが専有割合RA,RC未満(RB,RD<RA,RC)の条件の下で、複数層(この形態では、3層)の改質ライン22A,22Cおよび改質ライン22A,22Cの個数未満の複数層(この形態では、2層)の改質ライン22B,22Dが形成されている。
FIG. 12A is a perspective view showing the SiC semiconductor device 1 shown in FIG. 3, and is a perspective view showing a second example of modification lines 22A to 22D. Hereinafter, structures corresponding to the structures described for the SiC semiconductor device 1 are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
In the first embodiment, a plurality of layers of modified lines 22A, 22C and a single layer of modified lines 22B, 22D are formed. On the other hand, in the second embodiment, under the condition that the occupancy ratios RB, RD are less than the occupancy ratios RA, RC (RB, RD<RA, RC), multiple layers (three layers in this embodiment) are improved. A plurality of layers (in this embodiment, two layers) of reforming lines 22B and 22D are formed which are less than the number of the reforming lines 22A and 22C and the reforming lines 22A and 22C.
第2形態例に係る改質ライン22A~22Dは、改質ライン70(改質ライン22A~22D)の形成工程において、レーザ光の集光部(焦点)等を調節することによって形成される(図10Kも併せて参照)。
第2形態例に係る改質ライン22A~22Dが形成される場合であっても、第1形態例に係る改質ライン22A~22Dが形成された場合と同様の効果を奏することができる。ただし、改質ライン70(改質ライン22A~22D)の形成工程の時短の観点からすると、第1形態例に係る改質ライン22A~22Dの方が好ましい。
The modified lines 22A to 22D according to the second embodiment are formed by adjusting the condensing part (focus) of the laser beam in the process of forming the modified lines 70 (modified lines 22A to 22D) ( See also FIG. 10K).
Even when the modification lines 22A to 22D according to the second embodiment are formed, the same effects as when the modification lines 22A to 22D according to the first embodiment are formed can be obtained. However, the reforming lines 22A to 22D according to the first embodiment are preferable from the viewpoint of shortening the time required for forming the reforming lines 70 (reforming lines 22A to 22D).
図12Bは、図3に示すSiC半導体装置1を示す斜視図であって、改質ライン22A~22Dの第3形態例を示す斜視図である。以下では、SiC半導体装置1に対して述べた構造に対応する構造については同一の参照符号を付して説明を省略する。
第1形態例では、複数層の改質ライン22A,22Cおよび1層の改質ライン22B,22Dが形成されている。これに対して、第3形態例では、専有割合RB,RDが専有割合RA,RC未満(RB,RD<RA,RC)の条件の下で、1層の改質ライン22A,22Cおよび1層の改質ライン22B,22Dが形成されている。
FIG. 12B is a perspective view showing the SiC semiconductor device 1 shown in FIG. 3, and is a perspective view showing a third example of modification lines 22A to 22D. Hereinafter, structures corresponding to the structures described for the SiC semiconductor device 1 are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
In the first embodiment, a plurality of layers of modified lines 22A, 22C and a single layer of modified lines 22B, 22D are formed. On the other hand, in the third embodiment, under the condition that the occupancy ratios RB, RD are less than the occupancy ratios RA, RC (RB, RD<RA, RC), one layer of reforming lines 22A, 22C reforming lines 22B and 22D are formed.
つまり、第3形態例に係る改質ライン22A~22Dは、SiC半導体層2の側面5A~5Dに1対1対応の関係で1層ずつ形成されている。1層の改質ライン22B,22Dの厚さTRは、それぞれ、1層の改質ライン22A,22Cの厚さTR未満である。
第3形態例に係る改質ライン22A~22Dが形成される場合であっても、第1形態例に係る改質ライン22A~22Dが形成された場合と同様の効果を奏することができる。特に、第3形態例に係る改質ライン22A~22Dによれば、法線方向Zに沿って複数の改質ライン22A~22Dを形成する必要がないため、改質ライン70(改質ライン22A~22D)の形成工程のさらなる時短を図ることができる。
That is, the modified lines 22A to 22D according to the third embodiment are formed one by one on the side surfaces 5A to 5D of the SiC semiconductor layer 2 in a one-to-one correspondence. The thickness TR of the one-layer modified lines 22B and 22D is less than the thickness TR of the one-layer modified lines 22A and 22C.
Even when the modification lines 22A to 22D according to the third embodiment are formed, the same effects as when the modification lines 22A to 22D according to the first embodiment are formed can be obtained. In particular, according to the modification lines 22A to 22D according to the third embodiment, there is no need to form a plurality of modification lines 22A to 22D along the normal direction Z, so the modification line 70 (the modification line 22A 22D) can be further shortened.
図12Cは、図3に示すSiC半導体装置1を示す斜視図であって、改質ライン22A~22Dの第4形態例を示す斜視図である。以下では、SiC半導体装置1に対して述べた構造に対応する構造については同一の参照符号を付して説明を省略する。
第1形態例では、複数層の改質ライン22A,22Cおよび1層の改質ライン22B,22Dが形成されている。これに対して、第4形態例では、専有割合RB,RDが専有割合RA,RC未満(RB,RD<RA,RC)の条件の下で、複数層(この形態では、2層)の改質ライン22A,22Cおよび改質ライン22A,22Cの個数以上の複数層(この形態では、4層)の改質ライン22B,22Dが形成されている。改質ライン22B,22Dの個数は、改質ライン22A,22Cと同数であってもよい。
FIG. 12C is a perspective view showing the SiC semiconductor device 1 shown in FIG. 3, and is a perspective view showing a fourth example of modification lines 22A to 22D. Hereinafter, structures corresponding to the structures described for the SiC semiconductor device 1 are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
In the first embodiment, a plurality of layers of modified lines 22A, 22C and a single layer of modified lines 22B, 22D are formed. On the other hand, in the fourth embodiment, under the condition that the occupancy ratios RB, RD are less than the occupancy ratios RA, RC (RB, RD<RA, RC), multiple layers (two layers in this embodiment) are improved. A plurality of layers (four layers in this embodiment) of reforming lines 22B and 22D, which are equal to or greater than the number of reforming lines 22A and 22C and reforming lines 22A and 22C, are formed. The number of reforming lines 22B, 22D may be the same as the number of reforming lines 22A, 22C.
第4形態例に係る改質ライン22A~22Dは、改質ライン70(改質ライン22A~22D)の形成工程において、レーザ光の集光部(焦点)等を調節することによって形成される(図10Kも併せて参照)。
第4形態例に係る改質ライン22A~22Dが形成される場合であっても、第1形態例に係る改質ライン22A~22Dが形成された場合と同様の効果を奏することができる。ただし、改質ライン70(改質ライン22A~22D)の形成工程の時短の観点からすると、第1形態例に係る改質ライン22A~22Dの方が好ましい。
The modified lines 22A to 22D according to the fourth embodiment are formed by adjusting the condensing part (focus) of the laser beam in the process of forming the modified lines 70 (modified lines 22A to 22D) ( See also FIG. 10K).
Even when the modification lines 22A to 22D according to the fourth embodiment are formed, the same effects as when the modification lines 22A to 22D according to the first embodiment are formed can be obtained. However, the reforming lines 22A to 22D according to the first embodiment are preferable from the viewpoint of shortening the time required for forming the reforming lines 70 (reforming lines 22A to 22D).
図12Dは、図3に示すSiC半導体装置1を示す斜視図であって、改質ライン22A~22Dの第5形態例を示す斜視図である。以下では、SiC半導体装置1に対して述べた構造に対応する構造については同一の参照符号を付して説明を省略する。
第1形態例に係る改質ライン22B,22Dは、SiC半導体層2の第1主面3の接線方向に沿って直線状に延びる帯状に形成されている。これに対して、第5形態例に係る改質ライン22B,22Dは、SiC半導体層2の第1主面3から第2主面4に向けて下り傾斜した帯状に形成されている。第5形態例に係る改質ライン22B,22Dは、より具体的には、第1端部領域81、第2端部領域82および傾斜領域83をそれぞれ含む。
FIG. 12D is a perspective view showing the SiC semiconductor device 1 shown in FIG. 3, and is a perspective view showing a fifth example of modification lines 22A to 22D. Hereinafter, structures corresponding to the structures described for the SiC semiconductor device 1 are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
The modified lines 22</b>B and 22</b>D according to the first embodiment are formed in strips extending linearly along the tangential direction of the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2 . On the other hand, the modification lines 22B and 22D according to the fifth embodiment are formed in a strip shape that slopes downward from the first main surface 3 toward the second main surface 4 of the SiC semiconductor layer 2 . More specifically, the modified lines 22B and 22D according to the fifth embodiment include a first end region 81, a second end region 82 and an inclined region 83, respectively.
第1端部領域81は、SiC半導体層2の角部近傍においてSiC半導体層2の第1主面3側に位置している。第2端部領域82は、SiC半導体層2の角部近傍において第1端部領域81に対してSiC半導体層2の第2主面4側に位置している。
傾斜領域83は、第1端部領域81および第2端部領域82の間の領域を第1主面3から第2主面4に向けて直線状に下り傾斜している。傾斜領域83は、第1主面3から第2主面4に向けて凹湾曲状(曲線状)に下り傾斜していてもよい。傾斜領域83は、第1主面3から第2主面4に向けて凸湾曲状(曲線状)に下り傾斜していてもよい。
The first end region 81 is located on the first main surface 3 side of the SiC semiconductor layer 2 in the vicinity of the corner of the SiC semiconductor layer 2 . The second end region 82 is located on the second main surface 4 side of the SiC semiconductor layer 2 with respect to the first end region 81 in the vicinity of the corner of the SiC semiconductor layer 2 .
The inclined region 83 slopes linearly downward from the first principal surface 3 toward the second principal surface 4 in the region between the first end region 81 and the second end region 82 . The inclined region 83 may be inclined downward in a concave curved shape (curved shape) from the first main surface 3 toward the second main surface 4 . The inclined region 83 may be downwardly inclined in a convex curved shape (curved shape) from the first principal surface 3 toward the second principal surface 4 .
改質ライン22A,22Cは、この形態では、SiC半導体層2の第1主面3の接線方向に沿って直線状に延びる帯状に形成されている。しかし、改質ライン22B,22Dと同様に、改質ライン22A,22Cも、SiC半導体層2の第1主面3から第2主面4に向けて下り傾斜した帯状に形成されていてもよい。改質ライン22A,22Cも、第1端部領域81、第2端部領域82および傾斜領域83をそれぞれ含んでいてもよい。
In this embodiment, the modification lines 22A and 22C are formed in strips extending linearly along the tangential direction of the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2 . However, similarly to the modification lines 22B and 22D, the modification lines 22A and 22C may also be formed in a belt-like shape that slopes downward from the first main surface 3 toward the second main surface 4 of the SiC semiconductor layer 2. . Modified lines 22A and 22C may also include a first end region 81, a second end region 82 and an angled region 83, respectively.
第5形態例に係る改質ライン22A~22Dは、改質ライン70(改質ライン22A~22D)の形成工程において、レーザ光の集光部(焦点)等を調節することによって形成される(図10Kも併せて参照)。第5形態例に係る改質ライン22A~22Dが形成される場合であっても、第1形態例に係る改質ライン22A~22Dが形成された場合と同様の効果を奏することができる。
The modified lines 22A to 22D according to the fifth embodiment are formed by adjusting the condensing part (focus) of the laser beam in the process of forming the modified lines 70 (modified lines 22A to 22D) ( See also FIG. 10K). Even when the modification lines 22A to 22D according to the fifth embodiment are formed, the same effects as when the modification lines 22A to 22D according to the first embodiment are formed can be obtained.
特に第5形態例に係る改質ライン22B,22Dによれば、SiC半導体ウエハ構造61(SiC半導体ウエハ41)の厚さ方向の異なる領域において劈開起点を形成できる。これにより、1層からなる改質ライン22B,22Dを形成する場合であっても、SiC半導体ウエハ構造61を適切に劈開できる。
図12Eは、図3に示すSiC半導体装置1を示す斜視図であって、改質ライン22A~22Dの第6形態例を示す斜視図である。以下では、SiC半導体装置1に対して述べた構造に対応する構造については同一の参照符号を付して説明を省略する。
In particular, according to the modified lines 22B and 22D according to the fifth embodiment, cleavage starting points can be formed in different regions in the thickness direction of the SiC semiconductor wafer structure 61 (SiC semiconductor wafer 41). As a result, the SiC semiconductor wafer structure 61 can be properly cleaved even when the modified lines 22B and 22D are formed of one layer.
FIG. 12E is a perspective view showing the SiC semiconductor device 1 shown in FIG. 3, and is a perspective view showing a sixth example of modification lines 22A to 22D. Hereinafter, structures corresponding to the structures described for the SiC semiconductor device 1 are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
第1形態例に係る改質ライン22B,22Dは、SiC半導体層2の第1主面3の接線方向に沿って直線状に延びる帯状に形成されている。これに対して、第6形態例に係る改質ライン22B,22Dは、SiC半導体層2の第1主面3から第2主面4に向けて下り傾斜した帯状に形成されている。第6形態例に係る改質ライン22B,22Dは、より具体的には、第1端部領域81、第2端部領域82および傾斜領域83をそれぞれ含む。
The modified lines 22</b>B and 22</b>D according to the first embodiment are formed in strips extending linearly along the tangential direction of the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2 . On the other hand, the modified lines 22B and 22D according to the sixth embodiment are formed in a strip shape that slopes downward from the first main surface 3 toward the second main surface 4 of the SiC semiconductor layer 2 . More specifically, the modified lines 22B and 22D according to the sixth embodiment each include a first end region 81, a second end region 82 and an inclined region 83, respectively.
第1端部領域81は、SiC半導体層2の一方の角部近傍においてSiC半導体層2の第1主面3側に位置している。第1端部領域81は、SiC半導体層2の第1主面3の接線方向に沿って直線状に延びている。
第2端部領域82は、SiC半導体層2の他方の角部近傍において第1端部領域81に対してSiC半導体層2の第2主面4側に位置している。第2端部領域82は、SiC半導体層2の第1主面3の接線方向に沿って直線状に延びている。
First end region 81 is located on the first main surface 3 side of SiC semiconductor layer 2 in the vicinity of one corner of SiC semiconductor layer 2 . First end region 81 extends linearly along the tangential direction of first main surface 3 of SiC semiconductor layer 2 .
Second end region 82 is located on the second main surface 4 side of SiC semiconductor layer 2 with respect to first end region 81 in the vicinity of the other corner of SiC semiconductor layer 2 . Second end region 82 extends linearly along the tangential direction of first main surface 3 of SiC semiconductor layer 2 .
傾斜領域83は、第1端部領域81および第2端部領域82を接続している。傾斜領域83は、第1端部領域81から第2端部領域82に向けて直線状に下り傾斜している。傾斜領域83は、第1端部領域81から第2端部領域82に向けて凹湾曲状に下り傾斜していてもよい。
改質ライン22A,22Cは、この形態では、SiC半導体層2の第1主面3の接線方向に沿って直線状に延びる帯状に形成されている。しかし、改質ライン22B,22Dと同様に、改質ライン22A,22Cも、SiC半導体層2の第1主面3から第2主面4に向けて下り傾斜した帯状に形成されていてもよい。改質ライン22A,22Cも、第1端部領域81、第2端部領域82および傾斜領域83をそれぞれ含んでいてもよい。
The inclined region 83 connects the first end region 81 and the second end region 82 . The sloped region 83 slopes downward linearly from the first end region 81 toward the second end region 82 . The sloping region 83 may slope downward in a concave curve from the first end region 81 toward the second end region 82 .
In this embodiment, the modification lines 22A and 22C are formed in strips extending linearly along the tangential direction of the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2 . However, similarly to the modification lines 22B and 22D, the modification lines 22A and 22C may also be formed in a belt-like shape that slopes downward from the first main surface 3 toward the second main surface 4 of the SiC semiconductor layer 2. . Modified lines 22A and 22C may also include a first end region 81, a second end region 82 and an angled region 83, respectively.
第6形態例に係る改質ライン22A~22Dは、改質ライン70(改質ライン22A~22D)の形成工程において、レーザ光の集光部(焦点)等を調節することによって形成される(図10Kも併せて参照)。第6形態例に係る改質ライン22A~22Dが形成される場合であっても、第1形態例に係る改質ライン22A~22Dが形成された場合と同様の効果を奏することができる。
The modified lines 22A to 22D according to the sixth embodiment are formed by adjusting the condensing part (focus) of the laser beam in the process of forming the modified lines 70 (modified lines 22A to 22D) ( See also FIG. 10K). Even when the modification lines 22A to 22D according to the sixth embodiment are formed, the same effects as when the modification lines 22A to 22D according to the first embodiment are formed can be obtained.
特に第6形態例に係る改質ライン22B,22Dによれば、SiC半導体ウエハ構造61(SiC半導体ウエハ41)の厚さ方向の異なる領域において劈開起点を形成できる。これにより、1層からなる改質ライン22B,22Dを形成する場合であっても、SiC半導体ウエハ構造61を適切に劈開できる。
図12Fは、図3に示すSiC半導体装置1を示す斜視図であって、改質ライン22A~22Dの第7形態例を示す斜視図である。以下では、SiC半導体装置1に対して述べた構造に対応する構造については同一の参照符号を付して説明を省略する。
In particular, according to the modification lines 22B and 22D according to the sixth embodiment, cleavage starting points can be formed in different regions in the thickness direction of the SiC semiconductor wafer structure 61 (SiC semiconductor wafer 41). As a result, the SiC semiconductor wafer structure 61 can be properly cleaved even when the modified lines 22B and 22D are formed of one layer.
FIG. 12F is a perspective view showing the SiC semiconductor device 1 shown in FIG. 3, and is a perspective view showing a seventh example of modification lines 22A to 22D. Hereinafter, structures corresponding to the structures described for the SiC semiconductor device 1 are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
第1形態例に係る改質ライン22B,22Dは、SiC半導体層2の第1主面3の接線方向に沿って直線状に延びる帯状に形成されている。これに対して、第7形態例に係る改質ライン22B,22Dは、SiC半導体層2の第1主面3および第2主面4に向けて蛇行した湾曲状(曲線状)に延びる帯状に形成されている。第7形態例に係る改質ライン22B,22Dは、より具体的には、複数の第1領域87、複数の第2領域88および複数の接続領域89をそれぞれ含む。
The modified lines 22</b>B and 22</b>D according to the first embodiment are formed in strips extending linearly along the tangential direction of the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2 . On the other hand, the modified lines 22B and 22D according to the seventh embodiment are band-shaped extending in a meandering curved shape (curved shape) toward the first main surface 3 and the second main surface 4 of the SiC semiconductor layer 2. formed. More specifically, the modified lines 22B and 22D according to the seventh embodiment each include a plurality of first regions 87, a plurality of second regions 88 and a plurality of connection regions 89, respectively.
複数の第1領域87は、SiC半導体層2の第1主面3側の領域に位置している。複数の第2領域88は、複数の第1領域87に対してSiC半導体層2の第2主面4側の領域に位置している。複数の傾斜領域83は、対応する第1領域87および第2領域88をそれぞれ接続している。
改質ライン22A,22Cは、この形態では、SiC半導体層2の第1主面3の接線方向に沿って直線状に延びる帯状に形成されている。しかし、改質ライン22B,22Dと同様に、改質ライン22A,22Cも、SiC半導体層2の第1主面3および第2主面4に向けて蛇行した曲線状(湾曲状)に延びる帯状に形成されていてもよい。つまり、改質ライン22A,22Cも、複数の第1領域87、複数の第2領域88および複数の接続領域89をそれぞれ含んでいてもよい。
The multiple first regions 87 are located in a region of the SiC semiconductor layer 2 on the first main surface 3 side. The plurality of second regions 88 are located in a region on the second main surface 4 side of the SiC semiconductor layer 2 with respect to the plurality of first regions 87 . A plurality of sloped regions 83 connect corresponding first regions 87 and second regions 88, respectively.
In this embodiment, the modification lines 22A and 22C are formed in strips extending linearly along the tangential direction of the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2 . However, like the modified lines 22B and 22D, the modified lines 22A and 22C are also belt-shaped, extending in a meandering curve (curved shape) toward the first main surface 3 and the second main surface 4 of the SiC semiconductor layer 2. may be formed in That is, the modified lines 22A and 22C may also include multiple first regions 87, multiple second regions 88, and multiple connection regions 89, respectively.
改質ライン22B,22D(改質ライン22A,22C)の蛇行周期は、任意である。改質ライン22B,22D(改質ライン22A,22C)は、第1主面3から第2主面4に向けて凹湾曲状に延びる1つの帯状にそれぞれ形成されていてもよい。この場合、改質ライン22B,22D(改質ライン22A,22C)は、2つの第1領域87、1つの第2領域88および2つの接続領域89をそれぞれ含んでいてもよい。
The meandering period of the reforming lines 22B, 22D (reforming lines 22A, 22C) is arbitrary. The reforming lines 22B, 22D (reforming lines 22A, 22C) may each be formed in a band shape extending in a concave curve from the first main surface 3 toward the second main surface 4 . In this case, the modified lines 22B, 22D (modified lines 22A, 22C) may include two first regions 87, one second region 88 and two connection regions 89, respectively.
また、改質ライン22B,22D(改質ライン22A,22C)は、第2主面4から第1主面3に向けて凸湾曲状に延びる1つの帯状にそれぞれ形成されていてもよい。この場合、改質ライン22B,22D(改質ライン22A,22C)は、1つの第1領域87、2つの第2領域88および2つの接続領域89をそれぞれ含んでいてもよい。
第7形態例に係る改質ライン22A~22Dは、改質ライン70(改質ライン22A~22D)の形成工程において、レーザ光の集光部(焦点)等を調節することによって形成される(図10Kも併せて参照)。第7形態例に係る改質ライン22A~22Dが形成される場合であっても、第1形態例に係る改質ライン22A~22Dが形成された場合と同様の効果を奏することができる。
Further, the reforming lines 22B and 22D (the reforming lines 22A and 22C) may each be formed in a belt shape extending in a convex curve from the second main surface 4 toward the first main surface 3 . In this case, the modified lines 22B, 22D (modified lines 22A, 22C) may include one first region 87, two second regions 88 and two connection regions 89, respectively.
The modified lines 22A to 22D according to the seventh embodiment are formed by adjusting the condensing part (focus) of the laser beam in the process of forming the modified lines 70 (modified lines 22A to 22D) ( See also FIG. 10K). Even when the modification lines 22A to 22D according to the seventh embodiment are formed, the same effects as when the modification lines 22A to 22D according to the first embodiment are formed can be obtained.
特に第7形態例に係る改質ライン22B,22Dによれば、SiC半導体ウエハ構造61(SiC半導体ウエハ41)の厚さ方向の異なる領域において劈開起点を形成できる。これにより、1層からなる改質ライン22B,22Dを形成する場合であっても、SiC半導体ウエハ構造61を適切に劈開できる。
図12Gは、図3に示すSiC半導体装置を示す斜視図であって、改質ラインの第8形態例を示す斜視図である。以下では、SiC半導体装置1に対して述べた構造に対応する構造については同一の参照符号を付して説明を省略する。
In particular, according to the modification lines 22B and 22D according to the seventh embodiment, cleavage starting points can be formed in different regions in the thickness direction of the SiC semiconductor wafer structure 61 (SiC semiconductor wafer 41). As a result, the SiC semiconductor wafer structure 61 can be properly cleaved even when the modified lines 22B and 22D are formed of one layer.
12G is a perspective view showing the SiC semiconductor device shown in FIG. 3, and is a perspective view showing an eighth embodiment of the modification line. FIG. Hereinafter, structures corresponding to the structures described for the SiC semiconductor device 1 are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
第1形態例では、専有割合RB,RDが専有割合RA,RC未満(RB,RD<RA,RC)の条件の下で、複数層の改質ライン22A,22Cおよび1層の改質ライン22B,22Dが形成されている。
これに対して、第2形態例では、専有割合RB,RDが専有割合RA,RC以上(RB,RD≧RA,RC)の条件の下で、複数層(2層以上。この形態では、2層)の改質ライン22A,22Cおよび改質ライン22A,22Cの個数未満の1層または複数層(この形態では、1層)の改質ライン22B,22Dが形成されている。改質ライン22B,22Dは、1層からなることが好ましい。
In the first embodiment, under the condition that the occupied ratios RB, RD are less than the occupied ratios RA, RC (RB, RD<RA, RC), the multi-layer reformed lines 22A, 22C and the single-layer reformed line 22B , 22D are formed.
On the other hand, in the second embodiment, a plurality of layers (two layers or more. In this embodiment, two layer) reforming lines 22A, 22C and reforming lines 22B, 22D of one layer or a plurality of layers (in this embodiment, one layer) less than the number of reforming lines 22A, 22C. It is preferable that the reforming lines 22B and 22D consist of one layer.
改質ライン22B,22Dは、第1形態例と同様に、SiC半導体層2の第1主面3から第2主面4に間隔を空けて形成されていることが好ましい。また、改質ライン22B,22Dは、SiC半導体層2の第2主面4から第1主面3に間隔を空けて形成されていることが好ましい。
第8形態例に係る改質ライン22A~22Dは、改質ライン70(改質ライン22A~22D)の形成工程において、レーザ光の集光部(焦点)等を調節することによって形成される(図10Kも併せて参照)。
The modification lines 22B and 22D are preferably formed with a gap from the first main surface 3 to the second main surface 4 of the SiC semiconductor layer 2, as in the first embodiment. Moreover, it is preferable that the modification lines 22B and 22D are formed at intervals from the second main surface 4 to the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2 .
The modified lines 22A to 22D according to the eighth embodiment are formed by adjusting the condensing part (focus) of the laser beam in the process of forming the modified lines 70 (modified lines 22A to 22D) ( See also FIG. 10K).
第8形態例に係る改質ライン22A~22Dが形成される場合であっても、改質ライン22B,22Dの形成領域を制限できる。これにより、第1形態例に係る改質ライン22A~22Dが形成された場合と同様の効果を奏することができる。
改質ライン70(改質ライン22A~22D)の形成工程の時短の観点では、第1形態例の場合とほぼ同様である。ただし、専有割合RA~RDの観点からすると、第1形態例に係る改質ライン22A~22Dの方が好ましい。
Even when the modified lines 22A to 22D according to the eighth embodiment are formed, the regions where the modified lines 22B and 22D are formed can be restricted. As a result, the same effect as in the case where the reforming lines 22A to 22D according to the first embodiment are formed can be obtained.
From the viewpoint of shortening the time required for forming the reforming lines 70 (reforming lines 22A to 22D), this is substantially the same as the first embodiment. However, from the viewpoint of the occupancy ratios RA to RD, the reforming lines 22A to 22D according to the first embodiment are preferable.
第1形態例、第2形態例、第3形態例、第4形態例、第5形態例、第6形態例、第7形態例および第8形態例(以下、単に「第1~第8形態例」という。)に係る改質ライン22A~22Dのうちの少なくとも2種を同時に含むSiC半導体装置1が形成されてもよい。
また、第1~第8形態例に係る改質ライン22A~22Dの特徴は、それらの間で任意の態様および任意の形態で組み合わされることができる。つまり、第1~第8形態例に係る改質ライン22A~22Dの特徴のうちの少なくとも2つの特徴が組み合わされた形態を有する改質ライン22A~22Dが採用されてもよい。
First form example, second form example, third form example, fourth form example, fifth form example, sixth form example, seventh form example and eighth form example (hereinafter simply referred to as "first to eighth forms SiC semiconductor device 1 may simultaneously include at least two of modification lines 22A to 22D according to the modified lines 22A to 22D according to the example.
Also, the features of the reforming lines 22A-22D according to the first to eighth embodiments can be combined in any manner and in any form among them. That is, the reforming lines 22A to 22D having a form in which at least two of the features of the reforming lines 22A to 22D according to the first to eighth embodiments are combined may be employed.
たとえば、第5形態例に係る改質ライン22A~22Dの特徴が第6形態例や第7形態例に係る改質ライン22A~22Dの特徴に組み合わせられてもよい。この場合、SiC半導体層2の第1主面3から第2主面4に向けて下り傾斜し、SiC半導体層2の第1主面3および第2主面4に向けて蛇行した帯状の改質ライン22A~22Dが形成される。
図13は、本発明の第2実施形態に係るSiC半導体装置91を示す斜視図であって、第1形態例に係る改質ライン22A~22Dが適用された構造を示す斜視図である。以下では、SiC半導体装置1に対して述べた構造に対応する構造については同一の参照符号を付して説明を省略する。
For example, the features of the reforming lines 22A to 22D according to the fifth embodiment may be combined with the features of the reforming lines 22A to 22D according to the sixth or seventh embodiment. In this case, the belt-shaped reforming portion is inclined downward from the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2 toward the second main surface 4 and meanders toward the first main surface 3 and the second main surface 4 of the SiC semiconductor layer 2 . Quality lines 22A-22D are formed.
FIG. 13 is a perspective view showing a SiC semiconductor device 91 according to the second embodiment of the present invention, and is a perspective view showing a structure to which modification lines 22A to 22D according to the first embodiment are applied. Hereinafter, structures corresponding to the structures described for the SiC semiconductor device 1 are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
この形態では、第1形態例に係る改質ライン22A~22Dが適用されている。しかし、第1形態例に係る改質ライン22A~22Dに代えてまたはこれに加えて第2形態例、第3形態例、第4形態例、第5形態例、第6形態例、第7形態例または第8形態例に係る改質ライン22A~22Dが採用されてもよい。また、第1~第8形態例に係る改質ライン22A~22Dの特徴のうちの少なくとも2つの特徴が組み合わされた形態を有する改質ライン22A~22Dが採用されてもよい。
In this embodiment, the reforming lines 22A to 22D according to the first embodiment are applied. However, instead of or in addition to the reforming lines 22A to 22D according to the first embodiment, the second embodiment, the third embodiment, the fourth embodiment, the fifth embodiment, the sixth embodiment, and the seventh embodiment The reforming lines 22A to 22D according to the example or the eighth embodiment may be employed. Moreover, the reforming lines 22A to 22D having a form in which at least two of the features of the reforming lines 22A to 22D according to the first to eighth embodiments are combined may be employed.
図13を参照して、この形態では、主面絶縁層10の絶縁側面11A~11Dが、平面視においてSiC半導体層2の側面5A~5Dから内方領域に間隔を空けて形成されている。主面絶縁層10は、平面視においてSiC半導体層2の第1主面3の周縁部を露出させている。
主面絶縁層10は、樹脂層16およびパッシベーション層13と共にSiC半導体層2の第1主面3の周縁部を露出させている。主面絶縁層10の絶縁側面11A~11Dは、この形態では、樹脂層16の樹脂側面17A~17Dおよびパッシベーション層13の側面14A~14Dに面一に形成されている。この形態では、主面絶縁層10の絶縁側面11A~11Dもダイシングストリートを区画していた部分となる。
Referring to FIG. 13, in this embodiment, insulating side surfaces 11A to 11D of main surface insulating layer 10 are formed at intervals inward from side surfaces 5A to 5D of SiC semiconductor layer 2 in plan view. Principal surface insulating layer 10 exposes the peripheral portion of first principal surface 3 of SiC semiconductor layer 2 in plan view.
Main surface insulating layer 10 exposes the peripheral portion of first main surface 3 of SiC semiconductor layer 2 together with resin layer 16 and passivation layer 13 . Insulating side surfaces 11A to 11D of main surface insulating layer 10 are formed flush with resin side surfaces 17A to 17D of resin layer 16 and side surfaces 14A to 14D of passivation layer 13 in this embodiment. In this embodiment, the insulating side surfaces 11A to 11D of the main surface insulating layer 10 are also the portions defining the dicing streets.
この主面絶縁層10は、前述の図10Iの工程において、パッシベーション層13の除去工程の後、主面絶縁層10をエッチング法によって除去する工程を実施することによって形成される。
この場合、前述の図10Kの工程において、SiC半導体ウエハ構造61の第1主面62側から主面絶縁層10を介さずにSiC半導体ウエハ構造61の内部にレーザ光が直接照射されてもよい。
This main surface insulating layer 10 is formed by carrying out a step of removing the main surface insulating layer 10 by an etching method after the step of removing the passivation layer 13 in the step of FIG. 10I described above.
In this case, in the step of FIG. 10K described above, the inside of the SiC semiconductor wafer structure 61 may be directly irradiated with laser light from the first main surface 62 side of the SiC semiconductor wafer structure 61 without passing through the main surface insulating layer 10 . .
以上、SiC半導体装置91によっても、SiC半導体装置1に対して述べた効果と同様の効果を奏することできる。ただし、SiC半導体層2の側面5A~5Dおよび第1主面電極層12の間の絶縁性を高める上では、第1実施形態に係るSiC半導体装置1の構造が好ましい。
図14は、本発明の第3実施形態に係るSiC半導体装置101を1つの角度から見た斜視図であって、第1形態例に係る改質ライン22A~22Dが適用された構造を示す斜視図である。図15は、図14に示すSiC半導体装置101を別の角度から見た斜視図である。図16は、図14に示すSiC半導体装置101を示す平面図である。図17は、図16から樹脂層129を取り除いた平面図である。
As described above, the SiC semiconductor device 91 can also achieve the same effects as those described for the SiC semiconductor device 1 . However, the structure of the SiC semiconductor device 1 according to the first embodiment is preferable in order to improve the insulation between the side surfaces 5A to 5D of the SiC semiconductor layer 2 and the first main surface electrode layer 12. FIG.
FIG. 14 is a perspective view of the SiC semiconductor device 101 according to the third embodiment of the present invention viewed from one angle, showing a structure to which the modification lines 22A to 22D according to the first embodiment are applied. It is a diagram. FIG. 15 is a perspective view of the SiC semiconductor device 101 shown in FIG. 14 viewed from another angle. FIG. 16 is a plan view showing SiC semiconductor device 101 shown in FIG. FIG. 17 is a plan view of FIG. 16 with the resin layer 129 removed.
この形態では、第1形態例に係る改質ライン22A~22Dが適用されている。つまり、SiC半導体装置101の製造工程では、前述の図10A~図10Mの工程と同様の工程が適用されている。
SiC半導体装置101において、第1形態例に係る改質ライン22A~22Dに代えてまたはこれに加えて第2形態例、第3形態例、第4形態例、第5形態例、第6形態例、第7形態例または第8形態例に係る改質ライン22A~22Dが採用されてもよい。また、第1~第8形態例に係る改質ライン22A~22Dの特徴のうちの少なくとも2つの特徴が組み合わされた形態を有する改質ライン22A~22Dが採用されてもよい。
In this embodiment, the reforming lines 22A to 22D according to the first embodiment are applied. In other words, in the manufacturing process of the SiC semiconductor device 101, the same processes as those shown in FIGS. 10A to 10M are applied.
In the SiC semiconductor device 101, instead of or in addition to the modification lines 22A to 22D according to the first embodiment, a second embodiment, a third embodiment, a fourth embodiment, a fifth embodiment, and a sixth embodiment , the reforming lines 22A to 22D according to the seventh embodiment or the eighth embodiment may be employed. Moreover, the reforming lines 22A to 22D having a form in which at least two of the features of the reforming lines 22A to 22D according to the first to eighth embodiments are combined may be employed.
図14~図17を参照して、SiC半導体装置101は、SiC半導体層102を含む。SiC半導体層102は、六方晶からなるSiC単結晶の一例としての4H-SiC単結晶を含む。SiC半導体層102(SiC半導体チップ)は、直方体形状のチップ状に形成されている。
SiC半導体層102は、一方側の第1主面103、他方側の第2主面104、ならびに、第1主面103および第2主面104を接続する側面105A,105B,105C,105Dを有している。第1主面103および第2主面104は、それらの法線方向Zから見た平面視(以下、単に「平面視」という。)において四角形状(この形態では長方形状)に形成されている。
Referring to FIGS. 14 to 17, SiC semiconductor device 101 includes SiC semiconductor layer 102. SiC semiconductor layer 102 includes SiC semiconductor layer 102; The SiC semiconductor layer 102 includes a 4H—SiC single crystal as an example of a hexagonal SiC single crystal. The SiC semiconductor layer 102 (SiC semiconductor chip) is formed in a rectangular parallelepiped chip shape.
SiC semiconductor layer 102 has first main surface 103 on one side, second main surface 104 on the other side, and side surfaces 105A, 105B, 105C, and 105D connecting first main surface 103 and second main surface 104. is doing. The first main surface 103 and the second main surface 104 are formed in a quadrangular shape (rectangular shape in this embodiment) in plan view (hereinafter simply referred to as "plan view") when viewed from the normal direction Z. .
第1主面103は、半導体素子が形成された素子形成面である。SiC半導体層102の第2主面104は、研削痕を有する研削面からなる。側面105A~105Dは、それぞれSiC単結晶の結晶面に面する平滑な劈開面からなる。側面105A~105Dは、研削痕を有していない。
SiC半導体層102の厚さTLは、40μm以上200μm以下であってもよい。厚さTLは、40μm以上60μm以下、60μm以上80μm以下、80μm以上100μm以下、100μm以上120μm以下、120μm以上140μm以下、140μm以上160μm以下、160μm以上180μm以下または180μm以上200μm以下であってもよい。厚さTLは、60μm以上150μm以下であることが好ましい。
The first main surface 103 is an element formation surface on which semiconductor elements are formed. The second main surface 104 of the SiC semiconductor layer 102 is a ground surface having grinding marks. The side surfaces 105A to 105D each consist of a smooth cleavage plane facing the crystal plane of the SiC single crystal. The side surfaces 105A-105D do not have grinding marks.
The thickness TL of the SiC semiconductor layer 102 may be 40 μm or more and 200 μm or less. The thickness TL may be 40 μm to 60 μm, 60 μm to 80 μm, 80 μm to 100 μm, 100 μm to 120 μm, 120 μm to 140 μm, 140 μm to 160 μm, 160 μm to 180 μm, or 180 μm to 200 μm. The thickness TL is preferably 60 μm or more and 150 μm or less.
第1主面103および第2主面104は、この形態では、SiC単結晶のc面に面している。第1主面103は、(0001)面(シリコン面)に面している。第2主面104は、SiC単結晶の(000-1)面(カーボン面)に面している。
第1主面103および第2主面104は、SiC単結晶のc面に対して[11-20]方向に10°以下の角度で傾斜したオフ角θを有している。法線方向Zは、SiC単結晶のc軸([0001]方向)に対してオフ角θ分だけ傾斜している。
The first main surface 103 and the second main surface 104 face the c-plane of the SiC single crystal in this embodiment. The first major surface 103 faces the (0001) plane (silicon plane). The second main surface 104 faces the (000-1) plane (carbon plane) of the SiC single crystal.
The first main surface 103 and the second main surface 104 have an off angle θ of 10° or less in the [11-20] direction with respect to the c-plane of the SiC single crystal. The normal direction Z is inclined by an off angle θ with respect to the c-axis ([0001] direction) of the SiC single crystal.
オフ角θは、0°以上5.0°以下であってもよい。オフ角θは、0°以上1.0°以下、1.0°以上1.5°以下、1.5°以上2.0°以下、2.0°以上2.5°以下、2.5°以上3.0°以下、3.0°以上3.5°以下、3.5°以上4.0°以下、4.0°以上4.5°以下または4.5°以上5.0°以下の角度の範囲に設定されてもよい。オフ角θは、0°を超えていることが好ましい。オフ角θは、4.0°未満であってもよい。
The off angle θ may be 0° or more and 5.0° or less. The off angle θ is 0° or more and 1.0° or less, 1.0° or more and 1.5° or less, 1.5° or more and 2.0° or less, 2.0° or more and 2.5° or less, or 2.5°. ° to 3.0°, 3.0° to 3.5°, 3.5° to 4.0°, 4.0° to 4.5° or 4.5° to 5.0° It may be set within the following angle range. The off angle θ is preferably greater than 0°. The off angle θ may be less than 4.0°.
オフ角θは、3.0°以上4.5°以下の角度の範囲に設定されていてもよい。この場合、オフ角θは、3.0°以上3.5°以下または3.5°以上4.0°以下の角度の範囲に設定されていることが好ましい。
オフ角θは、1.5°以上3.0°以下の角度の範囲に設定されていてもよい。この場合、オフ角θは、1.5°以上2.0°以下または2.0°以上2.5°以下の角度の範囲に設定されていることが好ましい。
The off angle θ may be set within an angle range of 3.0° or more and 4.5° or less. In this case, the off angle θ is preferably set in the range of 3.0° or more and 3.5° or less or 3.5° or more and 4.0° or less.
The off angle θ may be set within an angle range of 1.5° or more and 3.0° or less. In this case, the off angle θ is preferably set within an angle range of 1.5° or more and 2.0° or less or 2.0° or more and 2.5° or less.
側面105A~105Dの長さは、それぞれ、1mm以上10mm以下(たとえば2mm以上5mm以下)であってもよい。側面105B,105Dの表面積は、この形態では、側面105A,105Cの表面積を超えている。第1主面103および第2主面104は、平面視において正方形状に形成されていてもよい。この場合、側面105A,105Cの表面積は、側面105B,105Dと等しくなる側面105A,105Cの表面積は、側面105B,105Dと等しくなる。
Each of the side surfaces 105A-105D may have a length of 1 mm or more and 10 mm or less (eg, 2 mm or more and 5 mm or less). The surface area of sides 105B, 105D exceeds the surface area of sides 105A, 105C in this configuration. The first main surface 103 and the second main surface 104 may be formed in a square shape in plan view. In this case, the surface areas of sides 105A and 105C are equal to sides 105B and 105D.
側面105Aおよび側面105Cは、この形態では、第1方向Xに沿って延び、第1方向Xに交差する第2方向Yに互いに対向している。側面105Bおよび側面105Dは、この形態では、第2方向Yに沿って延び、第1方向Xに互いに対向している。第2方向Yは、より具体的には第1方向Xに直交する方向である。
第1方向Xは、この形態では、SiC単結晶のm軸方向([1-100]方向)に設定されている。第2方向Yは、SiC単結晶のa軸方向([11-20]方向)に設定されている。
105 A of side surfaces and 105 C of side surfaces are extended along the 1st direction X, and are mutually opposed to the 2nd direction Y which cross|intersects the 1st direction X in this form. Side 105B and side 105D extend along the second direction Y and face each other in the first direction X in this embodiment. The second direction Y is a direction perpendicular to the first direction X, more specifically.
The first direction X is set to the m-axis direction ([1-100] direction) of the SiC single crystal in this embodiment. The second direction Y is set to the a-axis direction ([11-20] direction) of the SiC single crystal.
側面105Aおよび側面105Cは、平面視においてSiC半導体層102の短辺を形成している。側面105Aおよび側面105Cは、SiC単結晶のa面によって形成され、a軸方向に互いに対向している。側面105Aは、SiC単結晶の(-1-120)面によって形成されている。側面105Cは、SiC単結晶の(11-20)面によって形成されている。
Side 105A and side 105C form short sides of SiC semiconductor layer 102 in plan view. Side 105A and side 105C are formed by the a-plane of the SiC single crystal and face each other in the a-axis direction. The side surface 105A is formed by the (-1-120) plane of the SiC single crystal. The side surface 105C is formed by the (11-20) plane of the SiC single crystal.
側面105Bおよび側面105Dは、平面視においてSiC半導体層102の長辺を形成している。側面105Bおよび側面105Dは、SiC単結晶のm面によって形成され、m軸方向に互いに対向している。側面105Bは、SiC単結晶の(-1100)面によって形成されている。側面105Dは、SiC単結晶の(1-100)面によって形成されている。
Side 105B and side 105D form long sides of SiC semiconductor layer 102 in a plan view. Side 105B and side 105D are formed by the m-plane of SiC single crystal and face each other in the m-axis direction. The side surface 105B is formed by the (-1100) plane of the SiC single crystal. The side surface 105D is formed by the (1-100) plane of SiC single crystal.
側面105Aおよび側面105Cは、SiC半導体層102の第1主面103の法線を基準にしたとき、法線に対してSiC単結晶のc軸方向([0001]方向)に向けて傾斜した傾斜面を形成していてもよい。
この場合、側面105Aおよび側面105Cは、SiC半導体層102の第1主面103の法線を0°としたとき、SiC半導体層102の第1主面103の法線に対してオフ角θに応じた角度で傾斜していてもよい。オフ角θに応じた角度は、オフ角θと等しくてもよいし、0°を超えてオフ角θ未満の角度であってもよい。
The side surface 105A and the side surface 105C are inclined toward the c-axis direction ([0001] direction) of the SiC single crystal with respect to the normal line of the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102. It may form a surface.
In this case, side surface 105A and side surface 105C are at an off angle θ with respect to the normal to first main surface 103 of SiC semiconductor layer 102 when the normal to first main surface 103 of SiC semiconductor layer 102 is 0°. You may incline at the corresponding angle. The angle corresponding to the off angle θ may be equal to the off angle θ, or may be an angle exceeding 0° and less than the off angle θ.
SiC半導体層102は、この形態では、n+型のSiC半導体基板106(第2不純物領域)およびn型のSiCエピタキシャル層107(第1不純物領域)を含む積層構造を有している。SiC半導体基板106およびSiCエピタキシャル層107は、第1実施形態に係るSiC半導体基板6およびSiCエピタキシャル層7にそれぞれ対応している。SiC半導体基板106によって、SiC半導体層102の第2主面104が形成されている。
In this embodiment, SiC semiconductor layer 102 has a laminated structure including n + -type SiC semiconductor substrate 106 (second impurity region) and n-type SiC epitaxial layer 107 (first impurity region). SiC semiconductor substrate 106 and SiC epitaxial layer 107 correspond to SiC semiconductor substrate 6 and SiC epitaxial layer 7 according to the first embodiment, respectively. The SiC semiconductor substrate 106 forms the second main surface 104 of the SiC semiconductor layer 102 .
SiCエピタキシャル層107によって、SiC半導体層102の第1主面103が形成されている。SiC半導体基板106およびSiCエピタキシャル層107によって、SiC半導体層102の側面105A~105Dが形成されている。
SiC半導体基板106の厚さTSは、40μm以上150μm以下であってもよい。厚さTSは、40μm以上50μm以下、50μm以上60μm以下、60μm以上70μm以下、70μm以上80μm以下、80μm以上90μm以下、90μm以上100μm以下、100μm以上110μm以下、110μm以上120μm以下、120μm以上130μm以下、130μm以上140μm以下または140μm以上150μm以下であってもよい。厚さTSは、40μm以上130μm以下であることが好ましい。SiC半導体基板106の薄化によって、電流経路の短縮による抵抗値の低減を図ることができる。
SiC epitaxial layer 107 forms first main surface 103 of SiC semiconductor layer 102 . SiC semiconductor substrate 106 and SiC epitaxial layer 107 form side surfaces 105A to 105D of SiC semiconductor layer 102 .
The thickness TS of the SiC semiconductor substrate 106 may be 40 μm or more and 150 μm or less. The thickness TS is 40 μm or more and 50 μm or less, 50 μm or more and 60 μm or less, 60 μm or more and 70 μm or less, 70 μm or more and 80 μm or less, 80 μm or more and 90 μm or less, 90 μm or more and 100 μm or less, 100 μm or more and 110 μm or less, 110 μm or more and 120 μm or less, 120 μm or more and 130 μm or less, It may be 130 μm or more and 140 μm or less or 140 μm or more and 150 μm or less. The thickness TS is preferably 40 μm or more and 130 μm or less. By thinning the SiC semiconductor substrate 106, it is possible to reduce the resistance value by shortening the current path.
SiCエピタキシャル層107の厚さTEは、1μm以上50μm以下であってもよい。厚さTEは、1μm以上5μm以下、5μm以上10μm以下、10μm以上15μm以下、15μm以上20μm以下、20μm以上25μm以下、25μm以上30μm以下、30μm以上35μm以下、35μm以上40μm以下、40μm以上45μm以下または45μm以上50μm以下であってもよい。厚さTEは、5μm以上15μm以下であることが好ましい。
The thickness TE of the SiC epitaxial layer 107 may be 1 μm or more and 50 μm or less. The thickness TE is 1 μm or more and 5 μm or less, 5 μm or more and 10 μm or less, 10 μm or more and 15 μm or less, 15 μm or more and 20 μm or less, 20 μm or more and 25 μm or less, 25 μm or more and 30 μm or less, 30 μm or more and 35 μm or less, 35 μm or more and 40 μm or less, 40 μm or more and 45 μm or less, or It may be 45 μm or more and 50 μm or less. The thickness TE is preferably 5 μm or more and 15 μm or less.
SiCエピタキシャル層107のn型不純物濃度は、SiC半導体基板106のn型不純物濃度以下である。SiCエピタキシャル層107のn型不純物濃度は、より具体的には、SiC半導体基板106のn型不純物濃度未満である。SiC半導体基板106のn型不純物濃度は、1.0×1018cm-3以上1.0×1021cm-3以下であってもよい。SiCエピタキシャル層107のn型不純物濃度は、1.0×1015cm-3以上1.0×1018cm-3以下であってもよい。
The n-type impurity concentration of SiC epitaxial layer 107 is equal to or lower than the n-type impurity concentration of SiC semiconductor substrate 106 . The n-type impurity concentration of SiC epitaxial layer 107 is more specifically less than the n-type impurity concentration of SiC semiconductor substrate 106 . The SiC semiconductor substrate 106 may have an n-type impurity concentration of 1.0×10 18 cm −3 or more and 1.0×10 21 cm −3 or less. SiC epitaxial layer 107 may have an n-type impurity concentration of 1.0×10 15 cm −3 or more and 1.0×10 18 cm −3 or less.
SiCエピタキシャル層107は、この形態では、法線方向Zに沿って異なるn型不純物濃度を有する複数の領域を有している。SiCエピタキシャル層107は、より具体的には、n型不純物濃度が比較的高い高濃度領域108、および、高濃度領域108に対してn型不純物濃度が低い低濃度領域109を含む。
高濃度領域108は、SiC半導体層102の第1主面103側の領域に形成されている。低濃度領域109は、高濃度領域108に対してSiC半導体層102の第2主面104側の領域に形成されている。
The SiC epitaxial layer 107 has a plurality of regions with different n-type impurity concentrations along the normal direction Z in this embodiment. More specifically, SiC epitaxial layer 107 includes high-concentration region 108 having a relatively high n-type impurity concentration and low-concentration region 109 having a lower n-type impurity concentration than high-concentration region 108 .
High-concentration region 108 is formed in a region of SiC semiconductor layer 102 on the first main surface 103 side. The low-concentration region 109 is formed in a region on the second main surface 104 side of the SiC semiconductor layer 102 with respect to the high-concentration region 108 .
高濃度領域108のn型不純物濃度は、1×1016cm-3以上1×1018cm-3以下であってもよい。低濃度領域109のn型不純物濃度は、1×1015cm-3以上1×1016cm-3以下であってもよい。
高濃度領域108の厚さは、低濃度領域109の厚さ以下である。高濃度領域108の厚さは、より具体的には、低濃度領域109の厚さ未満である。高濃度領域108の厚さは、SiCエピタキシャル層107の総厚さの2分の1未満である。
The n-type impurity concentration of the high-concentration region 108 may be 1×10 16 cm −3 or more and 1×10 18 cm −3 or less. The n-type impurity concentration of the low concentration region 109 may be 1×10 15 cm −3 or more and 1×10 16 cm −3 or less.
The thickness of the high-concentration region 108 is less than or equal to the thickness of the low-concentration region 109 . The thickness of the high concentration region 108 is more specifically less than the thickness of the low concentration region 109 . The thickness of heavily doped region 108 is less than half the total thickness of SiC epitaxial layer 107 .
SiC半導体層102には、アクティブ領域111および外側領域112が設定されている。アクティブ領域111は、半導体素子の一例としての縦型のMISFET(Metal Insulator Field Effect Transistor)が形成された領域である。外側領域112は、アクティブ領域111の外側の領域である。
アクティブ領域111は、平面視において、SiC半導体層102の側面105A~105Dから内方領域に間隔を空けてSiC半導体層102の中央部に設定されている。アクティブ領域111は、平面視においてSiC半導体層102の側面105A~105Dに平行な4辺を有する四角形状(この形態では長方形状)に設定されている。
An active region 111 and an outer region 112 are set in the SiC semiconductor layer 102 . The active region 111 is a region in which a vertical MISFET (Metal Insulator Field Effect Transistor) as an example of a semiconductor element is formed. Outer region 112 is the region outside active region 111 .
The active region 111 is set in the central portion of the SiC semiconductor layer 102 with a gap in the inner region from the side surfaces 105A to 105D of the SiC semiconductor layer 102 in plan view. The active region 111 is set in a square shape (rectangular shape in this form) having four sides parallel to the side surfaces 105A to 105D of the SiC semiconductor layer 102 in plan view.
外側領域112は、SiC半導体層102の側面105A~105Dおよびアクティブ領域111の周縁の間の領域に設定されている。外側領域112は、平面視においてアクティブ領域111を取り囲む無端状(この形態では四角環状)に設定されている。
SiC半導体層102の第1主面103の上には、主面絶縁層113が形成されている。主面絶縁層113は、アクティブ領域111および外側領域112を選択的に被覆している。主面絶縁層113は、酸化シリコン(SiO2)を含んでいてもよい。
Outer region 112 is set in a region between side surfaces 105A to 105D of SiC semiconductor layer 102 and the periphery of active region 111 . The outer region 112 is set in an endless shape (in this form, a square ring shape) surrounding the active region 111 in plan view.
A main surface insulating layer 113 is formed on the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102 . A main surface insulating layer 113 selectively covers the active area 111 and the outer area 112 . The main surface insulating layer 113 may contain silicon oxide (SiO 2 ).
主面絶縁層113は、SiC半導体層102の側面105A~105Dから露出する絶縁側面114A,114B,114C,114Dを有している。絶縁側面114A~114Dは、側面105A~105Dに連なっている。絶縁側面114A~114Dは、側面105A~105Dに対してそれぞれ面一に形成されている。絶縁側面114A~114Dは、劈開面からなる。
Main surface insulating layer 113 has insulating side surfaces 114A, 114B, 114C, and 114D exposed from side surfaces 105A to 105D of SiC semiconductor layer 102 . The insulating side surfaces 114A-114D are continuous with the side surfaces 105A-105D. The insulating side surfaces 114A-114D are formed flush with the side surfaces 105A-105D, respectively. The insulating side surfaces 114A to 114D consist of cleaved surfaces.
樹脂層129の厚さは、1μm以上50μm以下であってもよい。樹脂層129の厚さは、1μm以上10μm以下、10μm以上20μm以下、20μm以上30μm以下、30μm以上40μm以下または40μm以上50μm以下であってもよい。
主面絶縁層113の上には、第1主面電極層の1つとしての主面ゲート電極層115が形成されている。主面ゲート電極層115は、主面絶縁層113を貫通して、SiC半導体層102の任意の領域に電気的に接続されている。
The thickness of the resin layer 129 may be 1 μm or more and 50 μm or less. The thickness of the resin layer 129 may be 1 μm or more and 10 μm or less, 10 μm or more and 20 μm or less, 20 μm or more and 30 μm or less, 30 μm or more and 40 μm or less, or 40 μm or more and 50 μm or less.
A main-surface gate electrode layer 115 as one of the first main-surface electrode layers is formed on the main-surface insulating layer 113 . Main-surface gate electrode layer 115 penetrates main-surface insulating layer 113 and is electrically connected to an arbitrary region of SiC semiconductor layer 102 .
主面ゲート電極層115は、ゲートパッド116およびゲートフィンガー117,118を含む。ゲートパッド116およびゲートフィンガー117,118は、アクティブ領域111に配置されている。
ゲートパッド116は、平面視においてSiC半導体層102の側面105Aに沿って形成されている。ゲートパッド116は、平面視においてSiC半導体層102の側面105Aの中央領域に沿って形成されている。
Main surface gate electrode layer 115 includes gate pad 116 and gate fingers 117 and 118 . Gate pad 116 and gate fingers 117 and 118 are located in active area 111 .
Gate pad 116 is formed along side surface 105A of SiC semiconductor layer 102 in plan view. Gate pad 116 is formed along the central region of side surface 105A of SiC semiconductor layer 102 in plan view.
ゲートパッド116は、平面視においてSiC半導体層102の側面105A~105Dのうちの任意の2つを接続する角部に沿って形成されていてもよい。ゲートパッド116は、平面視において四角形状に形成されていてもよい。
ゲートフィンガー117,118は、外側ゲートフィンガー117および内側ゲートフィンガー118を含む。外側ゲートフィンガー117は、ゲートパッド116から引き出されており、アクティブ領域111の周縁に沿って帯状に延びている。
Gate pad 116 may be formed along a corner connecting any two of side surfaces 105A to 105D of SiC semiconductor layer 102 in plan view. Gate pad 116 may be formed in a square shape in plan view.
Gate fingers 117 , 118 include outer gate finger 117 and inner gate finger 118 . Outer gate fingers 117 are led out from gate pad 116 and extend in strips along the periphery of active area 111 .
外側ゲートフィンガー117は、この形態では、アクティブ領域111の内方領域を3方向から区画するように、SiC半導体層102の3つの側面105A,105B,105Dに沿って形成されている。
外側ゲートフィンガー117は、一対の開放端部119,120を有している。一対の開放端部119,120は、アクティブ領域111の内方領域を挟んでゲートパッド116と対向する領域に形成されている。一対の開放端部119,120は、この形態では、SiC半導体層102の側面105Cに沿って形成されている。
In this embodiment, the outer gate fingers 117 are formed along the three sides 105A, 105B, 105D of the SiC semiconductor layer 102 so as to partition the inner region of the active region 111 from three directions.
The outer gate finger 117 has a pair of open ends 119,120. A pair of open ends 119 and 120 are formed in a region facing the gate pad 116 with the inner region of the active region 111 interposed therebetween. A pair of open ends 119 and 120 are formed along side surface 105C of SiC semiconductor layer 102 in this embodiment.
内側ゲートフィンガー118は、ゲートパッド116からアクティブ領域111の内方領域に引き出されている。内側ゲートフィンガー118は、アクティブ領域111の内方領域を帯状に延びている。内側ゲートフィンガー118は、ゲートパッド116から側面105Cに向けて延びている。
主面絶縁層113の上には、第1主面電極層の1つとしての主面ソース電極層121がさらに形成されている。主面ソース電極層121は、主面絶縁層113を貫通して、SiC半導体層102の任意の領域に電気的に接続されている。主面ソース電極層121は、この形態では、ソースパッド122、ソース引き回し配線123およびソース接続部124を含む。
Inner gate fingers 118 are brought out from gate pad 116 to an inner region of active area 111 . The inner gate fingers 118 extend in strips in the inner region of the active area 111 . Inner gate fingers 118 extend from gate pad 116 toward side 105C.
A main-surface source electrode layer 121 as one of the first main-surface electrode layers is further formed on the main-surface insulating layer 113 . Main surface source electrode layer 121 penetrates main surface insulating layer 113 and is electrically connected to an arbitrary region of SiC semiconductor layer 102 . Main-surface source electrode layer 121 includes source pad 122 , source lead-out wiring 123 and source connection portion 124 in this embodiment.
ソースパッド122は、ゲートパッド116およびゲートフィンガー117,118から間隔を空けてアクティブ領域111に形成されている。ソースパッド122は、ゲートパッド116およびゲートフィンガー117,118によって区画されたC字形状(図16および図17では逆C字形状)の領域を被覆するように、平面視においてC字形状(図16および図17では逆C字形状)に形成されている。
Source pad 122 is formed in active area 111 spaced from gate pad 116 and gate fingers 117 and 118 . Source pad 122 is C-shaped in plan view (FIG. 16) so as to cover a C-shaped (inverted C-shaped in FIGS. 16 and 17) region defined by gate pad 116 and gate fingers 117 and 118. and an inverted C shape in FIG. 17).
ソース引き回し配線123は、外側領域112に形成されている。ソース引き回し配線123は、アクティブ領域111に沿って帯状に延びている。ソース引き回し配線123は、この形態では、平面視においてアクティブ領域111を取り囲む無端状(この形態では四角環状)に形成されている。ソース引き回し配線123は、外側領域112においてSiC半導体層102に電気的に接続されている。
The source lead-out wiring 123 is formed in the outer region 112 . The source lead-out line 123 extends along the active region 111 in a strip shape. In this form, the source lead-out line 123 is formed in an endless shape (in this form, a square ring shape) surrounding the active region 111 in plan view. Source lead-out wiring 123 is electrically connected to SiC semiconductor layer 102 in outer region 112 .
ソース接続部124は、ソースパッド122およびソース引き回し配線123を接続している。ソース接続部124は、外側ゲートフィンガー117の一対の開放端部119,120の間の領域に設けられている。ソース接続部124は、ソースパッド122からアクティブ領域111および外側領域112の間の境界領域を横切り、ソース引き回し配線123に接続されている。
The source connection portion 124 connects the source pad 122 and the source lead-out line 123 . A source connection 124 is provided in the region between the pair of open ends 119 and 120 of the outer gate finger 117 . The source connection portion 124 crosses the boundary region between the active region 111 and the outer region 112 from the source pad 122 and is connected to the source lead-out wiring 123 .
アクティブ領域111に形成されたMISFETは、その構造上、npn型の寄生バイポーラトランジスタを含む。外側領域112で生じたアバランシェ電流がアクティブ領域111に流れ込むと、寄生バイポーラトランジスタがオン状態となる。この場合、たとえばラッチアップにより、MISFETの制御が不安定になる可能性がある。
そこで、SiC半導体装置101では、主面ソース電極層121の構造を利用して、外側領域112で生じたアバランシェ電流を吸収するアバランシェ電流吸収構造を形成している。
The MISFET formed in the active region 111 includes an npn-type parasitic bipolar transistor due to its structure. When the avalanche current generated in outer region 112 flows into active region 111, the parasitic bipolar transistor is turned on. In this case, the control of the MISFET may become unstable due to latch-up, for example.
Therefore, in SiC semiconductor device 101 , the structure of main surface source electrode layer 121 is used to form an avalanche current absorption structure that absorbs the avalanche current generated in outer region 112 .
より具体的には、外側領域112で生じたアバランシェ電流は、ソース引き回し配線123によって吸収され、ソース接続部124を介してソースパッド122に至る。ソースパッド122に外部接続用の導線(たとえばボンディングワイヤ)が接続されている場合には、アバランシェ電流は、この導線によって取り出される。
これにより、外側領域112で生じた不所望な電流によって寄生バイポーラトランジスタがオン状態になるのを抑制できる。よって、ラッチアップを抑制できるから、MISFETの制御の安定性を高めることができる。
More specifically, the avalanche current generated in the outer region 112 is absorbed by the source lead-out line 123 and reaches the source pad 122 via the source connecting portion 124 . If a conductor for external connection (eg, bonding wire) is connected to source pad 122, the avalanche current is taken out by this conductor.
As a result, it is possible to prevent the parasitic bipolar transistor from turning on due to an unwanted current generated in the outer region 112 . Therefore, since latch-up can be suppressed, the stability of MISFET control can be improved.
主面ゲート電極層115には、ゲート電圧が印加される。ゲート電圧は、10V以上50V以下(たとえば30V程度)であってもよい。主面ソース電極層121には、ソース電圧が印加される。ソース電圧は、基準電圧(たとえばGND電圧)であってもよい。
主面絶縁層113の上には、パッシベーション層125(絶縁層)が形成されている。パッシベーション層125は、酸化シリコン層または窒化シリコン層からなる単層構造を有していてもよい。
A gate voltage is applied to main surface gate electrode layer 115 . The gate voltage may be 10 V or more and 50 V or less (for example, about 30 V). A source voltage is applied to the main surface source electrode layer 121 . The source voltage may be a reference voltage (eg, GND voltage).
A passivation layer 125 (insulating layer) is formed on the main surface insulating layer 113 . Passivation layer 125 may have a single layer structure consisting of a silicon oxide layer or a silicon nitride layer.
パッシベーション層125は、酸化シリコン層および窒化シリコン層を含む積層構造を有していてもよい。酸化シリコン層は、窒化シリコン層の上に形成されていてもよい。窒化シリコン層は、酸化シリコン層の上に形成されていてもよい。パッシベーション層125は、この形態では、窒化シリコン層からなる単層構造を有している。
パッシベーション層125の側面126A,126B,126C,126Dは、平面視においてSiC半導体層102の側面105A~105Dから内方領域に間隔を空けて形成されている。パッシベーション層125は、平面視においてSiC半導体層102の周縁部を露出させている。パッシベーション層125は、主面絶縁層113を露出させている。
Passivation layer 125 may have a laminated structure including a silicon oxide layer and a silicon nitride layer. The silicon oxide layer may be formed over the silicon nitride layer. The silicon nitride layer may be formed over the silicon oxide layer. The passivation layer 125 has a single layer structure consisting of a silicon nitride layer in this form.
Side surfaces 126A, 126B, 126C, and 126D of passivation layer 125 are spaced inward from side surfaces 105A to 105D of SiC semiconductor layer 102 in plan view. The passivation layer 125 exposes the periphery of the SiC semiconductor layer 102 in plan view. Passivation layer 125 exposes main surface insulating layer 113 .
パッシベーション層125の厚さは、1μm以上50μm以下であってもよい。パッシベーション層125の厚さは、1μm以上10μm以下、10μm以上20μm以下、20μm以上30μm以下、30μm以上40μm以下または40μm以上50μm以下であってもよい。
パッシベーション層125は、主面ゲート電極層115および主面ソース電極層121を選択的に被覆している。パッシベーション層125には、ゲートサブパッド開口127およびソースサブパッド開口128が形成されている。ゲートサブパッド開口127は、ゲートパッド116を露出させている。ソースサブパッド開口128は、ソースパッド122を露出させている。
The passivation layer 125 may have a thickness of 1 μm or more and 50 μm or less. The thickness of the passivation layer 125 may be 1 μm to 10 μm, 10 μm to 20 μm, 20 μm to 30 μm, 30 μm to 40 μm, or 40 μm to 50 μm.
Passivation layer 125 selectively covers main-surface gate electrode layer 115 and main-surface source electrode layer 121 . A gate subpad opening 127 and a source subpad opening 128 are formed in the passivation layer 125 . Gate subpad opening 127 exposes gate pad 116 . Source subpad opening 128 exposes source pad 122 .
パッシベーション層125の上には、樹脂層129(絶縁層)が形成されている。パッシベーション層125および樹脂層129は、1つの絶縁積層構造(絶縁層)を形成している。図16では、樹脂層129がハッチングによって示されている。
樹脂層129は、ネガティブタイプまたはポジティブタイプの感光性樹脂を含んでいてもよい。樹脂層129は、この形態では、ポジティブタイプの感光性樹脂の一例としてのポリベンゾオキサゾールを含む。樹脂層129は、ネガティブタイプの感光性樹脂の一例としてのポリイミドを含んでいてもよい。
A resin layer 129 (insulating layer) is formed on the passivation layer 125 . The passivation layer 125 and the resin layer 129 form one insulating laminated structure (insulating layer). In FIG. 16, the resin layer 129 is indicated by hatching.
The resin layer 129 may contain a negative type or positive type photosensitive resin. In this embodiment, the resin layer 129 contains polybenzoxazole as an example of a positive photosensitive resin. The resin layer 129 may contain polyimide as an example of a negative type photosensitive resin.
樹脂層129は、主面ゲート電極層115および主面ソース電極層121を選択的に被覆している。樹脂層129の樹脂側面130A,130B,130C,130Dは、SiC半導体層102の側面105A~105Dから内方領域に間隔を空けて形成されている。樹脂層129は、パッシベーション層125と共に主面絶縁層113を露出させている。樹脂層129の樹脂側面130A~130Dは、この形態では、パッシベーション層125の側面126A~126Dに面一に形成されている。
Resin layer 129 selectively covers main-surface gate electrode layer 115 and main-surface source electrode layer 121 . Resin side surfaces 130A, 130B, 130C, and 130D of resin layer 129 are spaced inwardly from side surfaces 105A to 105D of SiC semiconductor layer 102 . The resin layer 129 exposes the main insulating layer 113 together with the passivation layer 125 . The resin side surfaces 130A to 130D of the resin layer 129 are formed flush with the side surfaces 126A to 126D of the passivation layer 125 in this embodiment.
樹脂層129の樹脂側面130A~130Dは、一枚のSiC半導体ウエハからSiC半導体装置101を切り出す際にダイシングストリートを区画していた部分である。この形態では、パッシベーション層125の側面126A~126Dもダイシングストリートを区画していた部分である。
樹脂層129やパッシベーション層125からSiC半導体層102の周縁部を露出させることにより、樹脂層129やパッシベーション層125を物理的に切断する必要がなくなる。これにより、一枚のSiC半導体ウエハからSiC半導体装置101を円滑に切り出すことができる。また、SiC半導体層102の側面105A~105Dからの絶縁距離を増加させることができる。
Resin side surfaces 130A to 130D of resin layer 129 are portions that define dicing streets when SiC semiconductor devices 101 are cut out from one SiC semiconductor wafer. In this form, the side surfaces 126A to 126D of the passivation layer 125 are also part of the dicing streets.
Exposing the peripheral portion of SiC semiconductor layer 102 from resin layer 129 and passivation layer 125 eliminates the need to physically cut resin layer 129 and passivation layer 125 . Thereby, the SiC semiconductor device 101 can be smoothly cut out from one SiC semiconductor wafer. Also, the insulating distance from the side surfaces 105A to 105D of the SiC semiconductor layer 102 can be increased.
側面105A~105Dおよび樹脂側面130A~130D(側面126A~126D)の間の距離は、1μm以上25μm以下であってもよい。側面105A~105Dおよび樹脂側面130A~130D(側面126A~126D)の間の距離は、1μm以上5μm以下、5μm以上10μm以下、10μm以上15μm以下、15μm以上20μm以下または20μm以上25μm以下であってもよい。むろん、パッシベーション層125の側面126A~126Dは、SiC半導体層102の側面105A~105Dに対して面一に形成されていてもよい。
The distance between side surfaces 105A-105D and resin side surfaces 130A-130D (side surfaces 126A-126D) may be 1 μm or more and 25 μm or less. Even if the distance between the side surfaces 105A to 105D and the resin side surfaces 130A to 130D (side surfaces 126A to 126D) is 1 μm or more and 5 μm or less, 5 μm or more and 10 μm or less, 10 μm or more and 15 μm or less, 15 μm or more and 20 μm or less, or 20 μm or more and 25 μm or less. good. Of course, side surfaces 126A to 126D of passivation layer 125 may be formed flush with side surfaces 105A to 105D of SiC semiconductor layer 102 .
樹脂層129には、ゲートパッド開口131およびソースパッド開口132が形成されている。ゲートパッド開口131は、ゲートパッド116を露出させている。ソースパッド開口132は、ソースパッド122を露出させている。
樹脂層129のゲートパッド開口131は、パッシベーション層125のゲートサブパッド開口127に連通している。ゲートパッド開口131の内壁は、ゲートサブパッド開口127の内壁の外側に位置していてもよい。ゲートパッド開口131の内壁は、ゲートサブパッド開口127の内壁の内側に位置していてもよい。樹脂層129は、ゲートサブパッド開口127の内壁を被覆していてもよい。
A gate pad opening 131 and a source pad opening 132 are formed in the resin layer 129 . Gate pad opening 131 exposes gate pad 116 . Source pad opening 132 exposes source pad 122 .
Gate pad opening 131 in resin layer 129 communicates with gate sub-pad opening 127 in passivation layer 125 . The inner wall of gate pad opening 131 may be located outside the inner wall of gate sub-pad opening 127 . The inner wall of gate pad opening 131 may be located inside the inner wall of gate sub-pad opening 127 . Resin layer 129 may cover the inner wall of gate sub-pad opening 127 .
樹脂層129のソースパッド開口132は、パッシベーション層125のソースサブパッド開口128に連通している。ゲートパッド開口131の内壁は、ソースサブパッド開口128の内壁の外側に位置していてもよい。ソースパッド開口132の内壁は、ソースサブパッド開口128の内壁の内側に位置していてもよい。樹脂層129は、ソースサブパッド開口128の内壁を被覆していてもよい。
Source pad opening 132 in resin layer 129 communicates with source sub-pad opening 128 in passivation layer 125 . The inner walls of gate pad opening 131 may be located outside the inner walls of source sub-pad opening 128 . The inner walls of source pad opening 132 may be located inside the inner walls of source subpad opening 128 . Resin layer 129 may cover the inner wall of source subpad opening 128 .
樹脂層129の厚さは、1μm以上50μm以下であってもよい。樹脂層129の厚さは、1μm以上10μm以下、10μm以上20μm以下、20μm以上30μm以下、30μm以上40μm以下または40μm以上50μm以下であってもよい。
SiC半導体層102の第2主面104には、第2主面電極層としてのドレイン電極層133が接続されている。オフ時において主面ソース電極層121およびドレイン電極層133の間に印加可能な最大電圧は、1000V以上10000V以下であってもよい。
The thickness of the resin layer 129 may be 1 μm or more and 50 μm or less. The thickness of the resin layer 129 may be 1 μm or more and 10 μm or less, 10 μm or more and 20 μm or less, 20 μm or more and 30 μm or less, 30 μm or more and 40 μm or less, or 40 μm or more and 50 μm or less.
A drain electrode layer 133 as a second main surface electrode layer is connected to the second main surface 104 of the SiC semiconductor layer 102 . The maximum voltage that can be applied between the main surface source electrode layer 121 and the drain electrode layer 133 when turned off may be 1000 V or more and 10000 V or less.
ドレイン電極層133は、Ti層、Ni層、Au層、Ag層またはAl層のうちの少なくとも1つを含んでいてもよい。ドレイン電極層133は、Ti層、Ni層、Au層、Ag層またはAl層を含む単層構造を有していてもよい。
ドレイン電極層133は、Ti層、Ni層、Au層、Ag層およびAl層のうちの少なくとも2つを任意の態様で積層させた積層構造を有していてもよい。ドレイン電極層133は、SiC半導体層102の第2主面104からこの順に積層されたTi層、Ni層、Au層およびAg層を含む4層構造を有していてもよい。
The drain electrode layer 133 may include at least one of a Ti layer, Ni layer, Au layer, Ag layer, and Al layer. The drain electrode layer 133 may have a single layer structure including a Ti layer, Ni layer, Au layer, Ag layer, or Al layer.
The drain electrode layer 133 may have a laminated structure in which at least two of a Ti layer, a Ni layer, an Au layer, an Ag layer, and an Al layer are laminated in an arbitrary manner. Drain electrode layer 133 may have a four-layer structure including a Ti layer, a Ni layer, an Au layer and an Ag layer stacked in this order from second main surface 104 of SiC semiconductor layer 102 .
SiC半導体基板106は、MISFETのドレイン領域134(第2不純物領域)として形成されている。SiCエピタキシャル層107は、MISFETのドリフト領域135(第1不純物領域)として形成されている。
SiC半導体層102の側面105A~105Dには、第1形態例に係る複数の改質ライン22A~22Dが形成されている。第3実施形態に係る改質ライン22A~22Dの構造は、SiC半導体層2に代えてSiC半導体層102に形成されている点を除いて、第1実施形態に係る改質ライン22A~22Dの構造と同様である。
The SiC semiconductor substrate 106 is formed as a drain region 134 (second impurity region) of the MISFET. The SiC epitaxial layer 107 is formed as a drift region 135 (first impurity region) of the MISFET.
A plurality of modified lines 22A to 22D according to the first embodiment are formed on side surfaces 105A to 105D of the SiC semiconductor layer 102 . The structure of the modified lines 22A to 22D according to the third embodiment is similar to that of the modified lines 22A to 22D according to the first embodiment, except that the modified lines 22A to 22D are formed in the SiC semiconductor layer 102 instead of the SiC semiconductor layer 2. Similar to structure.
第1実施形態に係る改質ライン22A~22Dの説明は、それぞれ、第3実施形態に係る改質ライン22A~22Dの説明に準用されるものとし、第3実施形態に係る改質ライン22A~22Dについての具体的な説明は省略される。
図18は、図17に示す領域XVIIIの拡大図であって、SiC半導体層102の第1主面103の構造を説明するための図である。図19は、図18に示すXIX-XIX線に沿う断面図である。図20は、図18に示すXX-XX線に沿う断面図である。図21は、図19に示す領域XXIの拡大図である。図22は、図17に示すXXII-XXII線に沿う断面図である。図23は、図22に示す領域XXIIIの拡大図である。
The description of the reforming lines 22A to 22D according to the first embodiment is applied mutatis mutandis to the description of the reforming lines 22A to 22D according to the third embodiment. 22D will be omitted.
FIG. 18 is an enlarged view of region XVIII shown in FIG. 17 and is a view for explaining the structure of first main surface 103 of SiC semiconductor layer 102 . 19 is a cross-sectional view taken along line XIX-XIX shown in FIG. 18. FIG. 20 is a cross-sectional view taken along line XX-XX shown in FIG. 18. FIG. FIG. 21 is an enlarged view of area XXI shown in FIG. 22 is a cross-sectional view taken along line XXII-XXII shown in FIG. 17. FIG. FIG. 23 is an enlarged view of region XXIII shown in FIG.
図18~図22を参照して、アクティブ領域111においてSiC半導体層102の第1主面103の表層部には、p型のボディ領域141が形成されている。ボディ領域141は、アクティブ領域111を画定している。
ボディ領域141は、この形態では、SiC半導体層102の第1主面103においてアクティブ領域111を形成する領域の全域に形成されている。ボディ領域141のp型不純物濃度は、1.0×1017cm-3以上1.0×1019cm-3以下であってもよい。
18 to 22, a p-type body region 141 is formed in the surface layer portion of first main surface 103 of SiC semiconductor layer 102 in active region 111. Referring to FIGS. Body region 141 defines active region 111 .
In this embodiment, body region 141 is formed over the entire region forming active region 111 on first main surface 103 of SiC semiconductor layer 102 . The p-type impurity concentration of body region 141 may be 1.0×10 17 cm −3 or more and 1.0×10 19 cm −3 or less.
アクティブ領域111においてSiC半導体層102の第1主面103の表層部には、複数のゲートトレンチ142が形成されている。複数のゲートトレンチ142は、平面視において第1方向X(SiC単結晶のm軸方向)に沿って延びる帯状にそれぞれ形成され、第2方向Y(SiC単結晶のa軸方向)に沿って間隔を空けて形成されている。
各ゲートトレンチ142は、この形態では、アクティブ領域111において一方側(側面105B側)の周縁部から他方側(側面105D側)の周縁部に向けて延びている。複数のゲートトレンチ142は、平面視において全体としてストライプ状に形成されている。
A plurality of gate trenches 142 are formed in the surface layer portion of the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102 in the active region 111 . The plurality of gate trenches 142 are each formed in a strip shape extending along the first direction X (the m-axis direction of the SiC single crystal) in plan view, and are spaced apart along the second direction Y (the a-axis direction of the SiC single crystal). are formed with a space between
In this embodiment, each gate trench 142 extends from the peripheral portion on one side (side surface 105B side) of the active region 111 toward the peripheral portion on the other side (side surface 105D side). The plurality of gate trenches 142 are formed in a stripe shape as a whole in plan view.
各ゲートトレンチ142は、アクティブ領域111において一方側の周縁部および他方側の周縁部の間の中間部を横切っている。各ゲートトレンチ142の一端部は、アクティブ領域111において一方側の周縁部に位置している。各ゲートトレンチ142の他端部は、アクティブ領域111において他方側の周縁部に位置している。
各ゲートトレンチ142の長さは、0.5mm以上であってもよい。各ゲートトレンチ142の長さは、図20に示す断面において、各ゲートトレンチ142および外側ゲートフィンガー117の接続部分側の端部から、反対側の端部までの長さである。
Each gate trench 142 traverses an intermediate portion between one peripheral edge and the other peripheral edge in the active area 111 . One end of each gate trench 142 is located on one side of the active region 111 . The other end of each gate trench 142 is located on the other peripheral edge of the active region 111 .
Each gate trench 142 may have a length of 0.5 mm or more. The length of each gate trench 142 is the length from the end of each gate trench 142 and the outer gate finger 117 on the side of the connecting portion to the opposite end in the cross section shown in FIG.
各ゲートトレンチ142の長さは、この形態では、1mm以上10mm以下(たとえば2mm以上5mm以下)である。単位面積当たりの1つまたは複数のゲートトレンチ142の総延長は、0.5μm/μm2以上0.75μm/μm2以下であってもよい。
各ゲートトレンチ142は、アクティブトレンチ部143およびコンタクトトレンチ部144を一体的に含む。アクティブトレンチ部143は、アクティブ領域111においてMISFETのチャネルに沿う部分である。
The length of each gate trench 142 is 1 mm or more and 10 mm or less (for example, 2 mm or more and 5 mm or less) in this embodiment. A total extension of one or more gate trenches 142 per unit area may be 0.5 μm/μm 2 or more and 0.75 μm/μm 2 or less.
Each gate trench 142 integrally includes an active trench portion 143 and a contact trench portion 144 . The active trench portion 143 is a portion along the MISFET channel in the active region 111 .
コンタクトトレンチ部144は、主としてゲートトレンチ142において外側ゲートフィンガー117とのコンタクトを目的とした部分である。コンタクトトレンチ部144は、アクティブトレンチ部143からアクティブ領域111の周縁部に引き出されている。コンタクトトレンチ部144は、外側ゲートフィンガー117の直下の領域に形成されている。コンタクトトレンチ部144の引き出し量は任意である。
The contact trench portion 144 is a portion mainly intended for contact with the outer gate finger 117 in the gate trench 142 . The contact trench portion 144 extends from the active trench portion 143 to the peripheral portion of the active region 111 . A contact trench portion 144 is formed in the region immediately below the outer gate finger 117 . The extension amount of the contact trench portion 144 is arbitrary.
各ゲートトレンチ142は、ボディ領域141を貫通し、SiCエピタキシャル層107に至っている。各ゲートトレンチ142は、側壁および底壁を含む。各ゲートトレンチ142の長辺を形成する側壁は、SiC単結晶のa面によって形成されている。各ゲートトレンチ142の短辺を形成する側壁は、SiC単結晶のm面によって形成されている。
各ゲートトレンチ142の側壁は、法線方向Zに沿って延びていてもよい。各ゲートトレンチ142の側壁は、SiC半導体層102の第1主面103に対してほぼ垂直に形成されていてもよい。
Each gate trench 142 penetrates body region 141 and reaches SiC epitaxial layer 107 . Each gate trench 142 includes sidewalls and a bottom wall. The sidewalls forming the long sides of each gate trench 142 are formed by the a-plane of SiC single crystal. A side wall forming a short side of each gate trench 142 is formed by an m-plane of SiC single crystal.
A sidewall of each gate trench 142 may extend along the normal direction Z. FIG. A sidewall of each gate trench 142 may be formed substantially perpendicular to first main surface 103 of SiC semiconductor layer 102 .
SiC半導体層102内において各ゲートトレンチ142の側壁がSiC半導体層102の第1主面103に対して成す角度は、90°以上95°以下(たとえば91°以上93°以下)であってもよい。各ゲートトレンチ142は、断面視において底壁側の開口面積が開口側の開口面積よりも小さいテーパ形状に形成されていてもよい。
各ゲートトレンチ142の底壁は、SiCエピタキシャル層107に位置している。各ゲートトレンチ142の底壁は、より具体的には、SiCエピタキシャル層107の高濃度領域108に位置している。
In SiC semiconductor layer 102, the sidewall of each gate trench 142 forms an angle with respect to first main surface 103 of SiC semiconductor layer 102, which may be 90° or more and 95° or less (for example, 91° or more and 93° or less). . Each gate trench 142 may be formed in a tapered shape in which the opening area on the bottom wall side is smaller than the opening area on the opening side in a cross-sectional view.
The bottom wall of each gate trench 142 is located in SiC epitaxial layer 107 . More specifically, the bottom wall of each gate trench 142 is located in high concentration region 108 of SiC epitaxial layer 107 .
各ゲートトレンチ142の底壁は、SiC単結晶のc面に面している。各ゲートトレンチ142の底壁は、SiC単結晶のc面に対して[11-20]方向に傾斜したオフ角θを有している。
各ゲートトレンチ142の底壁は、SiC半導体層102の第1主面103に対して平行に形成されていてもよい。むろん、各ゲートトレンチ142の底壁は、SiC半導体層102の第2主面104に向かう凸湾曲状に形成されていてもよい。
The bottom wall of each gate trench 142 faces the c-plane of the SiC single crystal. The bottom wall of each gate trench 142 has an off angle θ inclined in the [11-20] direction with respect to the c-plane of the SiC single crystal.
A bottom wall of each gate trench 142 may be formed parallel to first main surface 103 of SiC semiconductor layer 102 . Of course, the bottom wall of each gate trench 142 may be formed in a convex curve toward the second main surface 104 of the SiC semiconductor layer 102 .
法線方向Zに関して、各ゲートトレンチ142の深さは、0.5μm以上3.0μm以下であってもよい。各ゲートトレンチ142の深さは、0.5μm以上1.0μm以下、1.0μm以上1.5μm以下、1.5μm以上2.0μm以下、2.0μm以上2.5μm以下または2.5μm以上3.0μm以下であってもよい。
各ゲートトレンチ142の第2方向Yに沿う幅は、0.1μm以上2μm以下であってもよい。各ゲートトレンチ142の幅は、0.1μm以上0.5μm以下、0.5μm以上1.0μm以下、1.0μm以上1.5μm以下または1.5μm以上2μm以下であってもよい。
With respect to the normal direction Z, each gate trench 142 may have a depth of 0.5 μm or more and 3.0 μm or less. The depth of each gate trench 142 is 0.5 μm to 1.0 μm, 1.0 μm to 1.5 μm, 1.5 μm to 2.0 μm, 2.0 μm to 2.5 μm, or 2.5 μm to 2.5 μm. 0 μm or less.
The width of each gate trench 142 along the second direction Y may be 0.1 μm or more and 2 μm or less. The width of each gate trench 142 may be 0.1 μm to 0.5 μm, 0.5 μm to 1.0 μm, 1.0 μm to 1.5 μm, or 1.5 μm to 2 μm.
図21を参照して、各ゲートトレンチ142の開口エッジ部146は、SiC半導体層102の第1主面103から各ゲートトレンチ142の内方に向かって下り傾斜した傾斜部147を含む。各ゲートトレンチ142の開口エッジ部146は、SiC半導体層102の第1主面103および各ゲートトレンチ142の側壁を接続する角部である。
傾斜部147は、この形態では、SiC半導体層102の内方に向かう凹湾曲状に形成されている。傾斜部147は、各ゲートトレンチ142の内方に向かう凸湾曲状に形成されていてもよい。傾斜部147は、各ゲートトレンチ142の開口エッジ部146に対する電界集中を緩和する。
Referring to FIG. 21 , opening edge portion 146 of each gate trench 142 includes an inclined portion 147 inclined downward from first main surface 103 of SiC semiconductor layer 102 toward the inside of each gate trench 142 . Opening edge portion 146 of each gate trench 142 is a corner connecting first main surface 103 of SiC semiconductor layer 102 and the side wall of each gate trench 142 .
In this embodiment, the sloped portion 147 is formed in a concave curved shape directed inward of the SiC semiconductor layer 102 . The inclined portion 147 may be formed in a convex curved shape directed inward of each gate trench 142 . The sloped portion 147 reduces electric field concentration on the opening edge portion 146 of each gate trench 142 .
各ゲートトレンチ142内には、ゲート絶縁層148およびゲート電極層149が形成されている。図18では、ゲート絶縁層148およびゲート電極層149は、ハッチングによって示されている。
ゲート絶縁層148は、酸化シリコン(SiO2)、窒化シリコン(SiN)、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化ジルコニウム(ZrO2)または酸化タンタル(Ta2O3)のうちの少なくとも1種を含む。
A gate insulating layer 148 and a gate electrode layer 149 are formed in each gate trench 142 . In FIG. 18, the gate insulating layer 148 and the gate electrode layer 149 are indicated by hatching.
Gate insulating layer 148 contains at least one of silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiN), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), and tantalum oxide (Ta 2 O 3 ). include.
ゲート絶縁層148は、SiC半導体層102の第1主面103側からこの順に積層されたSiN層およびSiO2層を含む積層構造を有していてもよい。ゲート絶縁層148は、SiC半導体層102の第1主面103側からこの順に積層されたSiO2層およびSiN層を含む積層構造を有していてもよい。ゲート絶縁層148は、SiO2層またはSiN層からなる単層構造を有していてもよい。ゲート絶縁層148は、この形態では、SiO2層からなる単層構造を有している。
Gate insulating layer 148 may have a laminated structure including a SiN layer and a SiO 2 layer laminated in this order from the first main surface 103 side of SiC semiconductor layer 102 . Gate insulating layer 148 may have a laminated structure including a SiO 2 layer and a SiN layer laminated in this order from the first main surface 103 side of SiC semiconductor layer 102 . The gate insulating layer 148 may have a single layer structure consisting of a SiO2 layer or a SiN layer. The gate insulating layer 148 has a single layer structure consisting of a SiO 2 layer in this embodiment.
ゲート絶縁層148は、ゲートトレンチ142内に凹状の空間が区画されるようにゲートトレンチ142の内壁面に沿って膜状に形成されている。ゲート絶縁層148は、第1領域148a、第2領域148bおよび第3領域148cを含む。
第1領域148aは、ゲートトレンチ142の側壁に沿って形成されている。第2領域148bは、ゲートトレンチ142の底壁に沿って形成されている。第3領域148cは、SiC半導体層102の第1主面103に沿って形成されている。ゲート絶縁層148の第3領域148cは、主面絶縁層113の一部を形成している。
The gate insulating layer 148 is formed in a film shape along the inner wall surface of the gate trench 142 so that a recessed space is defined in the gate trench 142 . The gate insulating layer 148 includes a first region 148a, a second region 148b and a third region 148c.
The first region 148 a is formed along sidewalls of the gate trench 142 . A second region 148 b is formed along the bottom wall of the gate trench 142 . Third region 148 c is formed along first main surface 103 of SiC semiconductor layer 102 . A third region 148 c of the gate insulating layer 148 forms part of the main surface insulating layer 113 .
第1領域148aの厚さTaは、第2領域148bの厚さTbおよび第3領域148cの厚さTcよりも小さい。第1領域148aの厚さTaに対する第2領域148bの厚さTbの比Tb/Taは、2以上5以下であってもよい。第1領域148aの厚さTaに対する第3領域148cの厚さTcの比T3/Taは、2以上5以下であってもよい。
第1領域148aの厚さTaは、0.01μm以上0.2μm以下であってもよい。第2領域148bの厚さTbは、0.05μm以上0.5μm以下であってもよい。第3領域148cの厚さTcは、0.05μm以上0.5μm以下であってもよい。
The thickness Ta of the first region 148a is smaller than the thickness Tb of the second region 148b and the thickness Tc of the third region 148c. A ratio Tb/Ta of the thickness Tb of the second region 148b to the thickness Ta of the first region 148a may be 2 or more and 5 or less. A ratio T3/Ta of the thickness Tc of the third region 148c to the thickness Ta of the first region 148a may be 2 or more and 5 or less.
The thickness Ta of the first region 148a may be 0.01 μm or more and 0.2 μm or less. The thickness Tb of the second region 148b may be 0.05 μm or more and 0.5 μm or less. The thickness Tc of the third region 148c may be 0.05 μm or more and 0.5 μm or less.
ゲート絶縁層148の第1領域148aを薄くすることによって、ボディ領域141において各ゲートトレンチ142の側壁近傍の領域に誘起されるキャリアの増加を抑制できる。これにより、チャネル抵抗の増加を抑制できる。ゲート絶縁層148の第2領域148bを厚くすることにより、各ゲートトレンチ142の底壁に対する電界集中を緩和できる。
By thinning the first region 148 a of the gate insulating layer 148 , it is possible to suppress an increase in carriers induced in the region near the side wall of each gate trench 142 in the body region 141 . This can suppress an increase in channel resistance. By thickening the second region 148b of the gate insulating layer 148, electric field concentration on the bottom wall of each gate trench 142 can be alleviated.
ゲート絶縁層148の第3領域148cを厚くすることにより、各ゲートトレンチ142の開口エッジ部146近傍におけるゲート絶縁層148の耐圧を向上できる。また、第3領域148cを厚くすることにより、第3領域148cがエッチング法によって消失することを抑制できる。
これにより、第3領域148cの消失に起因して、第1領域148aがエッチング法によって除去されることを抑制できる。その結果、ゲート電極層149を、ゲート絶縁層148を挟んでSiC半導体層102(ボディ領域141)に適切に対向させることができる。
By increasing the thickness of the third region 148c of the gate insulating layer 148, the breakdown voltage of the gate insulating layer 148 in the vicinity of the opening edge portion 146 of each gate trench 142 can be improved. Further, by increasing the thickness of the third region 148c, it is possible to prevent the third region 148c from disappearing due to the etching method.
This can suppress removal of the first region 148a by the etching method due to disappearance of the third region 148c. As a result, the gate electrode layer 149 can be appropriately opposed to the SiC semiconductor layer 102 (body region 141) with the gate insulating layer 148 interposed therebetween.
ゲート絶縁層148は、さらに、各ゲートトレンチ142の開口エッジ部146において各ゲートトレンチ142内に向けて膨出した膨出部148dを含む。膨出部148dは、ゲート絶縁層148の第1領域148aおよび第3領域148cを接続する角部に形成されている。
膨出部148dは、各ゲートトレンチ142の内方に向かって凸湾曲状に張り出している。膨出部148dは、各ゲートトレンチ142の開口エッジ部146において各ゲートトレンチ142の開口を狭めている。
The gate insulating layer 148 further includes a bulging portion 148 d that bulges into each gate trench 142 at the opening edge portion 146 of each gate trench 142 . The bulging portion 148d is formed at a corner connecting the first region 148a and the third region 148c of the gate insulating layer 148. As shown in FIG.
The bulging portion 148d protrudes inward from each gate trench 142 in a curved shape. The bulging portion 148 d narrows the opening of each gate trench 142 at the opening edge portion 146 of each gate trench 142 .
膨出部148dにより、開口エッジ部146におけるゲート絶縁層148の絶縁耐圧の向上が図られている。むろん、膨出部148dを有さないゲート絶縁層148が形成されていてもよい。また、一様な厚さを有するゲート絶縁層148が形成されていてもよい。
ゲート電極層149は、ゲート絶縁層148を挟んで各ゲートトレンチ142に埋め込まれている。ゲート電極層149は、より具体的には、各ゲートトレンチ142においてゲート絶縁層148によって区画された凹状の空間に埋め込まれている。ゲート電極層149は、ゲート電圧によって制御される。
The dielectric strength of the gate insulating layer 148 at the opening edge portion 146 is improved by the bulging portion 148d. Of course, the gate insulating layer 148 without the bulging portion 148d may be formed. Also, a gate insulating layer 148 having a uniform thickness may be formed.
A gate electrode layer 149 is embedded in each gate trench 142 with a gate insulating layer 148 interposed therebetween. More specifically, the gate electrode layer 149 is embedded in a recessed space partitioned by the gate insulating layer 148 in each gate trench 142 . Gate electrode layer 149 is controlled by a gate voltage.
ゲート電極層149は、各ゲートトレンチ142の開口側に位置する上端部を有している。ゲート電極層149の上端部は、各ゲートトレンチ142の底壁に向かって窪んだ凹湾曲状に形成されている。ゲート電極層149の上端部は、ゲート絶縁層148の膨出部148dに沿って括れた括れ部を有している。
ゲート電極層149の断面積(各ゲートトレンチ142が延びる方向と直交する断面積)は、0.05μm2以上0.5μm2以下であってもよい。ゲート電極層149の断面積は、ゲート電極層149の深さおよびゲート電極層149の幅の積で定義される。
The gate electrode layer 149 has an upper end located on the opening side of each gate trench 142 . The upper end portion of the gate electrode layer 149 is formed in a concave curved shape that is recessed toward the bottom wall of each gate trench 142 . The upper end portion of the gate electrode layer 149 has a constricted portion that is constricted along the protruding portion 148 d of the gate insulating layer 148 .
A cross-sectional area of the gate electrode layer 149 (a cross-sectional area perpendicular to the direction in which each gate trench 142 extends) may be 0.05 μm 2 or more and 0.5 μm 2 or less. The cross-sectional area of gate electrode layer 149 is defined as the product of the depth of gate electrode layer 149 and the width of gate electrode layer 149 .
ゲート電極層149の深さは、ゲート電極層149の上端部から下端部までの距離である。ゲート電極層149の幅は、ゲート電極層149の上端部および下端部の間の中間位置におけるゲートトレンチ142の幅である。上端部が曲面(この形態では凹湾曲状)である場合、ゲート電極層149の上端部の位置は、ゲート電極層149の上面における深さ方向の中間位置とする。
The depth of the gate electrode layer 149 is the distance from the top end to the bottom end of the gate electrode layer 149 . The width of gate electrode layer 149 is the width of gate trench 142 at an intermediate position between the top and bottom ends of gate electrode layer 149 . In the case where the upper end portion has a curved surface (concave curved shape in this embodiment), the position of the upper end portion of the gate electrode layer 149 is the middle position of the upper surface of the gate electrode layer 149 in the depth direction.
ゲート電極層149は、p型不純物が添加されたp型ポリシリコンを含む。ゲート電極層149のp型不純物は、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、インジウム(In)またはガリウム(Ga)のうちの少なくとも1種を含んでいてもよい。
ゲート電極層149のp型不純物濃度は、ボディ領域141のp型不純物濃度以上である。ゲート電極層149のp型不純物濃度は、より具体的には、ボディ領域141のp型不純物濃度よりも大きい。
Gate electrode layer 149 includes p-type polysilicon doped with p-type impurities. The p-type impurity of gate electrode layer 149 may contain at least one of boron (B), aluminum (Al), indium (In), and gallium (Ga).
The p-type impurity concentration of gate electrode layer 149 is higher than the p-type impurity concentration of body region 141 . More specifically, the p-type impurity concentration of gate electrode layer 149 is higher than the p-type impurity concentration of body region 141 .
ゲート電極層149のp型不純物濃度は、1×1018cm-3以上1×1022cm-3以下であってもよい。ゲート電極層149のシート抵抗は、10Ω/□以上500Ω/□以下(この形態では200Ω/□程度)であってもよい。
図18および図20を参照して、アクティブ領域111には、ゲート配線層150が形成されている。ゲート配線層150は、ゲートパッド116およびゲートフィンガー117,118に電気的に接続される。図20では、ゲート配線層150がハッチングによって示されている。
The p-type impurity concentration of the gate electrode layer 149 may be 1×10 18 cm −3 or more and 1×10 22 cm −3 or less. The sheet resistance of the gate electrode layer 149 may be 10 Ω/square or more and 500 Ω/square or less (about 200 Ω/square in this embodiment).
Referring to FIGS. 18 and 20, gate interconnection layer 150 is formed in active region 111 . Gate wiring layer 150 is electrically connected to gate pad 116 and gate fingers 117 and 118 . In FIG. 20, the gate wiring layer 150 is indicated by hatching.
ゲート配線層150は、SiC半導体層102の第1主面103の上に形成されている。ゲート配線層150は、より具体的には、ゲート絶縁層148の第3領域148cの上に形成されている。
ゲート配線層150は、この形態では、外側ゲートフィンガー117に沿って形成されている。ゲート配線層150は、より具体的には、アクティブ領域111の内方領域を3方向から区画するように、SiC半導体層102の3つの側面105A,105B,105Dに沿って形成されている。
Gate wiring layer 150 is formed on first main surface 103 of SiC semiconductor layer 102 . More specifically, the gate wiring layer 150 is formed on the third region 148 c of the gate insulating layer 148 .
Gate wiring layer 150 is formed along outer gate fingers 117 in this configuration. More specifically, gate wiring layer 150 is formed along three side surfaces 105A, 105B and 105D of SiC semiconductor layer 102 so as to partition the inner region of active region 111 from three directions.
ゲート配線層150は、各ゲートトレンチ142のコンタクトトレンチ部144から露出するゲート電極層149に接続されている。ゲート配線層150は、この形態では、各ゲートトレンチ142からSiC半導体層102の第1主面103の上に引き出されたゲート電極層149の引き出し部によって形成されている。ゲート配線層150の上端部は、ゲート電極層149の上端部に接続されている。
The gate wiring layer 150 is connected to the gate electrode layer 149 exposed from the contact trench portion 144 of each gate trench 142 . In this embodiment, the gate wiring layer 150 is formed by a drawn portion of the gate electrode layer 149 drawn from each gate trench 142 onto the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102 . The top end of the gate wiring layer 150 is connected to the top end of the gate electrode layer 149 .
図18、図19および図21を参照して、アクティブ領域111においてSiC半導体層102の第1主面103には、複数のソーストレンチ155が形成されている。各ソーストレンチ155は、互いに隣り合う2つのゲートトレンチ142の間の領域に形成されている。
複数のソーストレンチ155は、第1方向X(SiC単結晶のm軸方向)に沿って延びる帯状にそれぞれ形成されている。複数のソーストレンチ155は、平面視において全体としてストライプ状に形成されている。第2方向Yに関して、互いに隣り合うソーストレンチ155の中央部間のピッチは、1.5μm以上3μm以下であってもよい。
18, 19 and 21, a plurality of source trenches 155 are formed in first main surface 103 of SiC semiconductor layer 102 in active region 111. Referring to FIG. Each source trench 155 is formed in a region between two gate trenches 142 adjacent to each other.
The plurality of source trenches 155 are each formed in a strip shape extending along the first direction X (the m-axis direction of the SiC single crystal). The plurality of source trenches 155 are formed in a stripe shape as a whole in plan view. With respect to the second direction Y, the pitch between the central portions of the source trenches 155 adjacent to each other may be 1.5 μm or more and 3 μm or less.
各ソーストレンチ155は、ボディ領域141を貫通し、SiCエピタキシャル層107に至っている。各ソーストレンチ155は、側壁および底壁を含む。各ソーストレンチ155の長辺を形成する側壁は、SiC単結晶のa面によって形成されている。各ソーストレンチ155の短辺を形成する側壁は、SiC単結晶のm面によって形成されている。
各ソーストレンチ155の側壁は、法線方向Zに沿って延びていてもよい。各ソーストレンチ155の側壁は、SiC半導体層102の第1主面103に対してほぼ垂直に形成されていてもよい。
Each source trench 155 penetrates body region 141 and reaches SiC epitaxial layer 107 . Each source trench 155 includes sidewalls and a bottom wall. The sidewalls forming the long sides of each source trench 155 are formed by the a-plane of SiC single crystal. A side wall forming a short side of each source trench 155 is formed by an m-plane of SiC single crystal.
A sidewall of each source trench 155 may extend along the normal Z direction. A sidewall of each source trench 155 may be formed substantially perpendicular to first main surface 103 of SiC semiconductor layer 102 .
SiC半導体層102内において各ソーストレンチ155の側壁がSiC半導体層102の第1主面103に対して成す角度は、90°以上95°以下(たとえば91°以上93°以下)であってもよい。各ソーストレンチ155は、断面視において底壁側の開口面積が開口側の開口面積よりも小さいテーパ形状に形成されていてもよい。
各ソーストレンチ155の底壁は、SiCエピタキシャル層107に位置している。各ソーストレンチ155の底壁は、より具体的には、SiCエピタキシャル層107の高濃度領域108に位置している。各ソーストレンチ155の底壁は、さらに具体的には、各ゲートトレンチ142の底壁および低濃度領域109の間の領域に位置している。
In SiC semiconductor layer 102, the sidewall of each source trench 155 forms an angle of 90° or more and 95° or less (for example, 91° or more and 93° or less) with respect to first main surface 103 of SiC semiconductor layer 102. . Each source trench 155 may be formed in a tapered shape in which the opening area on the bottom wall side is smaller than the opening area on the opening side in a cross-sectional view.
The bottom wall of each source trench 155 is located in SiC epitaxial layer 107 . More specifically, the bottom wall of each source trench 155 is located in high concentration region 108 of SiC epitaxial layer 107 . More specifically, the bottom wall of each source trench 155 is located in the region between the bottom wall of each gate trench 142 and lightly doped region 109 .
各ソーストレンチ155の底壁は、SiC単結晶のc面に面している。各ソーストレンチ155の底壁は、SiC単結晶のc面に対して[11-20]方向に傾斜したオフ角θを有している。
各ソーストレンチ155の底壁は、SiC半導体層102の第1主面103に対して平行に形成されていてもよい。むろん、各ソーストレンチ155の底壁は、SiC半導体層102の第2主面104に向かう凸湾曲状に形成されていてもよい。
The bottom wall of each source trench 155 faces the c-plane of the SiC single crystal. The bottom wall of each source trench 155 has an off angle θ inclined in the [11-20] direction with respect to the c-plane of the SiC single crystal.
A bottom wall of each source trench 155 may be formed parallel to first main surface 103 of SiC semiconductor layer 102 . Of course, the bottom wall of each source trench 155 may be formed in a convex curve toward the second main surface 104 of the SiC semiconductor layer 102 .
各ソーストレンチ155の深さは、この形態では、各ゲートトレンチ142の深さ以上である。各ソーストレンチ155の深さは、より具体的には、各ゲートトレンチ142の深さよりも大きい。
各ソーストレンチ155の底壁は、各ゲートトレンチ142の底壁に対してSiC半導体層102の第2主面104側に位置している。むろん、各ソーストレンチ155の深さは、各ゲートトレンチ142の深さと等しくてもよい。
The depth of each source trench 155 is greater than or equal to the depth of each gate trench 142 in this embodiment. The depth of each source trench 155 is more specifically greater than the depth of each gate trench 142 .
The bottom wall of each source trench 155 is located on the second main surface 104 side of SiC semiconductor layer 102 with respect to the bottom wall of each gate trench 142 . Of course, the depth of each source trench 155 may be equal to the depth of each gate trench 142 .
法線方向Zに関して、各ソーストレンチ155の深さは、0.5μm以上10μm以下(たとえば2μm程度)であってもよい。各ゲートトレンチ142の深さに対する各ソーストレンチ155の深さの比は、1.5以上であってもよい。各ゲートトレンチ142の深さに対する各ソーストレンチ155の深さの比は、2以上であることが好ましい。
各ソーストレンチ155の第1方向幅は、各ゲートトレンチ142の第1方向幅とほぼ等しくてもよい。各ソーストレンチ155の第1方向幅は、各ゲートトレンチ142の第1方向幅以上であってもよい。各ソーストレンチ155の第1方向幅は、0.1μm以上2μm以下(たとえば0.5μm程度)であってもよい。
With respect to the normal direction Z, each source trench 155 may have a depth of 0.5 μm or more and 10 μm or less (for example, about 2 μm). A ratio of the depth of each source trench 155 to the depth of each gate trench 142 may be 1.5 or more. The ratio of the depth of each source trench 155 to the depth of each gate trench 142 is preferably 2 or more.
A first direction width of each source trench 155 may be substantially equal to a first direction width of each gate trench 142 . A first direction width of each source trench 155 may be greater than or equal to a first direction width of each gate trench 142 . The first direction width of each source trench 155 may be 0.1 μm or more and 2 μm or less (for example, about 0.5 μm).
各ソーストレンチ155内には、ソース絶縁層156およびソース電極層157が形成されている。図18においてソース絶縁層156およびソース電極層157は、ハッチングによって示されている。
ソース絶縁層156は、酸化シリコン(SiO2)、窒化シリコン(SiN)、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化ジルコニウム(ZrO2)または酸化タンタル(Ta2O3)のうちの少なくとも1種を含む。
A source insulating layer 156 and a source electrode layer 157 are formed in each source trench 155 . The source insulating layer 156 and the source electrode layer 157 are indicated by hatching in FIG.
The source insulating layer 156 contains at least one of silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiN), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), and tantalum oxide (Ta 2 O 3 ). include.
ソース絶縁層156は、SiC半導体層102の第1主面103側からこの順に積層されたSiN層およびSiO2層を含む積層構造を有していてもよい。ソース絶縁層156は、SiC半導体層102の第1主面103側からこの順に積層されたSiO2層およびSiN層を含む積層構造を有していてもよい。ソース絶縁層156は、SiO2層またはSiN層からなる単層構造を有していてもよい。ソース絶縁層156は、この形態では、SiO2層からなる単層構造を有している。
Source insulating layer 156 may have a laminated structure including a SiN layer and a SiO 2 layer laminated in this order from the first main surface 103 side of SiC semiconductor layer 102 . Source insulating layer 156 may have a laminated structure including a SiO 2 layer and a SiN layer laminated in this order from the first main surface 103 side of SiC semiconductor layer 102 . The source insulating layer 156 may have a single layer structure consisting of a SiO2 layer or a SiN layer. The source insulating layer 156 has a single layer structure consisting of a SiO 2 layer in this embodiment.
ソース絶縁層156は、各ソーストレンチ155内に凹状の空間が区画されるように各ソーストレンチ155の内壁面に沿って膜状に形成されている。ソース絶縁層156は、第1領域156aおよび第2領域156bを含む。
第1領域156aは、各ソーストレンチ155の側壁に沿って形成されている。第2領域156bは、各ソーストレンチ155の底壁に沿って形成されている。第1領域156aの厚さTsaは、第2領域156bの厚さTsbよりも小さい。
The source insulating layer 156 is formed in a film shape along the inner wall surface of each source trench 155 so that a concave space is defined in each source trench 155 . The source insulating layer 156 includes a first region 156a and a second region 156b.
A first region 156 a is formed along the sidewall of each source trench 155 . A second region 156 b is formed along the bottom wall of each source trench 155 . The thickness Tsa of the first region 156a is smaller than the thickness Tsb of the second region 156b.
第1領域156aの厚さTsaに対する第2領域156bの厚さTsbの比Tsb/Tsaは、2以上5以下であってもよい。第1領域156aの厚さTsaは、0.01μm以上0.2μm以下であってもよい。第2領域156bの厚さTsbは、0.05μm以上0.5μm以下であってもよい。
第1領域156aの厚さTsaは、ゲート絶縁層148の第1領域156aの厚さTaとほぼ等しくてもよい。第2領域156bの厚さTsbは、ゲート絶縁層148の第2領域156bの厚さTbとほぼ等しくてもよい。むろん、一様な厚さを有するソース絶縁層156が形成されていてもよい。
A ratio Tsb/Tsa of the thickness Tsb of the second region 156b to the thickness Tsa of the first region 156a may be 2 or more and 5 or less. The thickness Tsa of the first region 156a may be 0.01 μm or more and 0.2 μm or less. The thickness Tsb of the second region 156b may be 0.05 μm or more and 0.5 μm or less.
The thickness Tsa of the first region 156a may be substantially equal to the thickness Ta of the first region 156a of the gate insulating layer 148. FIG. The thickness Tsb of the second region 156b may be substantially equal to the thickness Tb of the second region 156b of the gate insulating layer 148. FIG. Of course, a source insulating layer 156 having a uniform thickness may be formed.
ソース電極層157は、ソース絶縁層156を挟んで各ソーストレンチ155に埋め込まれている。ソース電極層157は、より具体的には、各ソーストレンチ155においてソース絶縁層156によって区画された凹状の空間に埋め込まれている。ソース電極層157は、ソース電圧によって制御される。
ソース電極層157は、各ソーストレンチ155の開口側に位置する上端部を有している。ソース電極層157の上端部は、SiC半導体層102の第1主面103よりも下方に形成されている。ソース電極層157の上端部は、SiC半導体層102の第1主面103よりも上方に位置していてもよい。
A source electrode layer 157 is embedded in each source trench 155 with a source insulating layer 156 interposed therebetween. More specifically, the source electrode layer 157 is embedded in a recessed space partitioned by the source insulating layer 156 in each source trench 155 . Source electrode layer 157 is controlled by a source voltage.
The source electrode layer 157 has an upper end located on the opening side of each source trench 155 . An upper end portion of source electrode layer 157 is formed below first main surface 103 of SiC semiconductor layer 102 . The upper end of source electrode layer 157 may be located above first main surface 103 of SiC semiconductor layer 102 .
ソース電極層157の上端部は、各ソーストレンチ155の底壁に向かって窪んだ凹湾曲状に形成されている。ソース電極層157の上端部は、SiC半導体層102の第1主面103に対して平行に形成されていてもよい。
ソース電極層157の上端部は、ソース絶縁層156の上端部よりも上方に突出していてもよい。ソース電極層157の上端部は、ソース絶縁層156の上端部よりも下方に位置していてもよい。ソース電極層157の厚さは、0.5μm以上10μm以下(たとえば1μm程度)であってもよい。
The upper end portion of the source electrode layer 157 is formed in a concave curved shape that is depressed toward the bottom wall of each source trench 155 . The upper end of source electrode layer 157 may be formed parallel to first main surface 103 of SiC semiconductor layer 102 .
The top end of the source electrode layer 157 may protrude above the top end of the source insulating layer 156 . The top end of the source electrode layer 157 may be positioned below the top end of the source insulating layer 156 . Source electrode layer 157 may have a thickness of 0.5 μm or more and 10 μm or less (for example, about 1 μm).
ソース電極層157は、材質的にSiCに近い性質を有するポリシリコンを含むことが好ましい。これにより、SiC半導体層102内において生じる応力を低減できる。ソース電極層157は、この形態では、p型不純物が添加されたp型ポリシリコンを含む。この場合、ゲート電極層149と同時にソース電極層157を形成できる。
ソース電極層157のp型不純物濃度は、ボディ領域141のp型不純物濃度以上である。ソース電極層157のp型不純物濃度は、より具体的には、ボディ領域141のp型不純物濃度よりも大きい。ソース電極層157のp型不純物は、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、インジウム(In)またはガリウム(Ga)のうちの少なくとも1種を含んでいてもよい。
Source electrode layer 157 preferably contains polysilicon having properties close to SiC. Thereby, the stress generated in the SiC semiconductor layer 102 can be reduced. Source electrode layer 157 includes p-type polysilicon doped with p-type impurities in this embodiment. In this case, the source electrode layer 157 can be formed simultaneously with the gate electrode layer 149 .
The p-type impurity concentration of source electrode layer 157 is equal to or higher than the p-type impurity concentration of body region 141 . More specifically, the p-type impurity concentration of source electrode layer 157 is higher than the p-type impurity concentration of body region 141 . The p-type impurity of source electrode layer 157 may contain at least one of boron (B), aluminum (Al), indium (In), and gallium (Ga).
ソース電極層157のp型不純物濃度は、1×1018cm-3以上1×1022cm-3以下であってもよい。ソース電極層157のシート抵抗は、10Ω/□以上500Ω/□以下(この形態では200Ω/□程度)であってもよい。
ソース電極層157のp型不純物濃度は、ゲート電極層149のp型不純物濃度とほぼ等しくてもよい。ソース電極層157のシート抵抗は、ゲート電極層149のシート抵抗とほぼ等しくてもよい。
The p-type impurity concentration of the source electrode layer 157 may be 1×10 18 cm −3 or more and 1×10 22 cm −3 or less. The sheet resistance of the source electrode layer 157 may be 10 Ω/square or more and 500 Ω/square or less (about 200 Ω/square in this embodiment).
The p-type impurity concentration of source electrode layer 157 may be substantially equal to the p-type impurity concentration of gate electrode layer 149 . The sheet resistance of source electrode layer 157 may be approximately equal to the sheet resistance of gate electrode layer 149 .
ソース電極層157は、p型ポリシリコンに代えてまたはこれに加えて、n型ポリシリコンを含んでいてもよい。ソース電極層157は、p型ポリシリコンに代えてまたはこれに加えて、タングステン、アルミニウム、銅、アルミニウム合金または銅合金のうちの少なくとも1種を含んでいてもよい。
このように、SiC半導体装置101は、複数のトレンチゲート構造161および複数のトレンチソース構造162を有している。各トレンチゲート構造161は、ゲートトレンチ142、ゲート絶縁層148、ゲート電極層149を含む。各トレンチソース構造162は、ソーストレンチ155、ソース絶縁層156およびソース電極層157を含む。
Source electrode layer 157 may contain n-type polysilicon instead of or in addition to p-type polysilicon. Source electrode layer 157 may contain at least one of tungsten, aluminum, copper, an aluminum alloy, or a copper alloy instead of or in addition to p-type polysilicon.
Thus, SiC semiconductor device 101 has multiple trench gate structures 161 and multiple trench source structures 162 . Each trench gate structure 161 includes a gate trench 142 , a gate insulating layer 148 and a gate electrode layer 149 . Each trench source structure 162 includes source trench 155 , source insulating layer 156 and source electrode layer 157 .
ボディ領域141の表層部において、各ゲートトレンチ142の側壁に沿う領域には、n+型のソース領域163が形成されている。ソース領域163のn型不純物濃度は、1.0×1018cm-3以上1.0×1021cm-3以下であってもよい。ソース領域163のn型不純物は、燐(P)であってもよい。
ソース領域163は、各ゲートトレンチ142の一方側の側壁および他方側の側壁に沿って複数形成されている。複数のソース領域163は、第1方向Xに沿って延びる帯状にそれぞれ形成されている。
An n + -type source region 163 is formed along the side wall of each gate trench 142 in the surface layer portion of the body region 141 . The n-type impurity concentration of the source region 163 may be 1.0×10 18 cm −3 or more and 1.0×10 21 cm −3 or less. The n-type impurity of source region 163 may be phosphorus (P).
A plurality of source regions 163 are formed along one sidewall and the other sidewall of each gate trench 142 . The plurality of source regions 163 are each formed in a strip shape extending along the first direction X. As shown in FIG.
複数のソース領域163は、平面視において全体としてストライプ状に形成されている。各ソース領域163は、各ゲートトレンチ142の側壁および各ソーストレンチ155の側壁から露出している。
このように、SiC半導体層102の第1主面103の表層部においてゲートトレンチ142の側壁に沿う領域には、SiC半導体層102の第1主面103から第2主面104に向けてソース領域163、ボディ領域141およびドリフト領域135がこの順に形成されている。
The plurality of source regions 163 are formed in a stripe shape as a whole in plan view. Each source region 163 is exposed from the sidewalls of each gate trench 142 and the sidewalls of each source trench 155 .
Thus, in the surface layer portion of the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102 , the region along the sidewall of the gate trench 142 has a source region extending from the first main surface 103 toward the second main surface 104 of the SiC semiconductor layer 102 . 163, body region 141 and drift region 135 are formed in this order.
ボディ領域141においてゲートトレンチ142の側壁に沿う領域に、MISFETのチャネルが形成される。チャネルは、ゲートトレンチ142においてSiC単結晶のa面に面する側壁に沿う領域に形成される。チャネルのON/OFFは、ゲート電極層149によって制御される。
アクティブ領域111においてSiC半導体層102の第1主面103の表層部には、複数のp+型のコンタクト領域164が形成されている。各コンタクト領域164は、平面視において互いに隣り合う2つのゲートトレンチ142の間の領域に形成されている。各コンタクト領域164は、各ソース領域163に対してゲートトレンチ142とは反対側の領域に形成されている。
A channel of the MISFET is formed in a region along the sidewall of gate trench 142 in body region 141 . A channel is formed in a region along the side wall facing the a-plane of the SiC single crystal in the gate trench 142 . ON/OFF of the channel is controlled by the gate electrode layer 149 .
A plurality of p + -type contact regions 164 are formed in the surface layer portion of the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102 in the active region 111 . Each contact region 164 is formed in a region between two gate trenches 142 adjacent to each other in plan view. Each contact region 164 is formed in a region opposite to the gate trench 142 with respect to each source region 163 .
各コンタクト領域164は、各ソーストレンチ155の内壁に沿って形成されている。この形態では、複数のコンタクト領域164が、各ソーストレンチ155の内壁に沿って間隔を空けて形成されている。各コンタクト領域164は、各ゲートトレンチ142から間隔を空けて形成されている。
各コンタクト領域164のp型不純物濃度は、ボディ領域141のp型不純物濃度よりも大きい。各コンタクト領域164のp型不純物濃度は、1.0×1018cm-3以上1.0×1021cm-3以下であってもよい。各コンタクト領域164のp型不純物は、アルミニウム(Al)であってもよい。
Each contact region 164 is formed along the inner wall of each source trench 155 . In this form, a plurality of contact regions 164 are formed along the inner wall of each source trench 155 at intervals. Each contact region 164 is spaced from each gate trench 142 .
The p-type impurity concentration of each contact region 164 is higher than the p-type impurity concentration of body region 141 . Each contact region 164 may have a p-type impurity concentration of 1.0×10 18 cm −3 or more and 1.0×10 21 cm −3 or less. The p-type impurity of each contact region 164 may be aluminum (Al).
各コンタクト領域164は、各ソーストレンチ155の側壁および底壁を被覆している。各コンタクト領域164の底部は、各ソーストレンチ155の底壁に対して平行に形成されていてもよい。各コンタクト領域164は、より具体的には、第1表層領域164a、第2表層領域164bおよび内壁領域164cを一体的に含む。
第1表層領域164aは、ボディ領域141の表層部において、ソーストレンチ155の一方側の側壁を被覆している。第1表層領域164aは、ボディ領域141およびソース領域163に電気的に接続されている。
Each contact region 164 covers the sidewalls and bottom walls of each source trench 155 . The bottom of each contact region 164 may be formed parallel to the bottom wall of each source trench 155 . Each contact region 164 more specifically integrally includes a first surface region 164a, a second surface region 164b and an inner wall region 164c.
The first surface layer region 164 a covers one sidewall of the source trench 155 in the surface layer portion of the body region 141 . First surface layer region 164 a is electrically connected to body region 141 and source region 163 .
第1表層領域164aは、ソース領域163の底部に対してSiC半導体層102の第1主面103側の領域に位置している。第1表層領域164aは、この形態では、SiC半導体層102の第1主面103に対して平行に延びる底部を有している。
第1表層領域164aの底部は、この形態では、ボディ領域141の底部およびソース領域163の底部の間の領域に位置している。第1表層領域164aの底部は、SiC半導体層102の第1主面103およびボディ領域141の底部の間の領域に位置していてもよい。
The first surface layer region 164 a is located in a region on the first main surface 103 side of the SiC semiconductor layer 102 with respect to the bottom of the source region 163 . First surface layer region 164 a has a bottom extending parallel to first main surface 103 of SiC semiconductor layer 102 in this embodiment.
The bottom of the first surface layer region 164a is located in the region between the bottom of the body region 141 and the bottom of the source region 163 in this embodiment. The bottom of first surface layer region 164 a may be located in a region between first main surface 103 of SiC semiconductor layer 102 and the bottom of body region 141 .
第1表層領域164aは、この形態では、ソーストレンチ155から隣り合うゲートトレンチ142に向けて引き出されている。第1表層領域164aは、ゲートトレンチ142およびソーストレンチ155の間の中間領域まで延びていてもよい。第1表層領域164aは、ゲートトレンチ142からソーストレンチ155側に間隔を空けて形成されている。
The first surface region 164a is drawn from the source trench 155 toward the adjacent gate trench 142 in this embodiment. The first superficial region 164 a may extend to an intermediate region between the gate trench 142 and the source trench 155 . The first surface region 164a is formed spaced apart from the gate trench 142 on the source trench 155 side.
第2表層領域164bは、ボディ領域141の表層部において、ソーストレンチ155の他方側の側壁を被覆している。第2表層領域164bは、ボディ領域141およびソース領域163に電気的に接続されている。
第2表層領域164bは、ソース領域163の底部に対してSiC半導体層102の第1主面103側の領域に位置している。第2表層領域164bは、この形態では、SiC半導体層102の第1主面103に対して平行に延びる底部を有している。
The second surface layer region 164 b covers the other sidewall of the source trench 155 in the surface layer portion of the body region 141 . Second surface layer region 164 b is electrically connected to body region 141 and source region 163 .
The second surface layer region 164 b is located in a region on the first main surface 103 side of the SiC semiconductor layer 102 with respect to the bottom of the source region 163 . The second surface region 164b has a bottom extending parallel to the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102 in this embodiment.
第2表層領域164bの底部は、この形態では、ボディ領域141の底部およびソース領域163の底部の間の領域に位置している。第2表層領域164bの底部は、SiC半導体層102の第1主面103およびボディ領域141の底部の間の領域に位置していてもよい。
第2表層領域164bは、この形態では、ソーストレンチ155の他方側の側壁から隣り合うゲートトレンチ142に向けて引き出されている。第2表層領域164bは、ソーストレンチ155およびゲートトレンチ142の間の中間領域まで延びていてもよい。第2表層領域164bは、ゲートトレンチ142からソーストレンチ155側に間隔を空けて形成されている。
The bottom of the second surface layer region 164b is located in the region between the bottom of the body region 141 and the bottom of the source region 163 in this embodiment. The bottom of second surface layer region 164 b may be located in a region between first main surface 103 of SiC semiconductor layer 102 and the bottom of body region 141 .
In this embodiment, the second surface region 164b is drawn out from the side wall on the other side of the source trench 155 toward the adjacent gate trench 142 . Second surface region 164b may extend to an intermediate region between source trench 155 and gate trench 142 . The second surface region 164b is formed spaced apart from the gate trench 142 on the source trench 155 side.
内壁領域164cは、第1表層領域164aおよび第2表層領域164b(ソース領域163の底部)に対してSiC半導体層102の第2主面104側の領域に位置している。内壁領域164cは、SiC半導体層102においてソーストレンチ155の内壁に沿う領域に形成されている。内壁領域164cは、ソーストレンチ155の側壁を被覆している。
The inner wall region 164c is located in a region on the second main surface 104 side of the SiC semiconductor layer 102 with respect to the first surface layer region 164a and the second surface layer region 164b (bottom portion of the source region 163). Inner wall region 164 c is formed in a region along the inner wall of source trench 155 in SiC semiconductor layer 102 . Inner wall region 164 c covers the sidewall of source trench 155 .
内壁領域164cは、ソーストレンチ155の側壁および底壁を接続する角部を被覆している。内壁領域164cは、ソーストレンチ155の側壁から角部を介してソーストレンチ155の底壁を被覆している。コンタクト領域164の底部は、内壁領域164cによって形成されている。
SiC半導体層102の第1主面103の表層部には、複数のディープウェル領域165が形成されている。各ディープウェル領域165は、アクティブ領域111においてSiC半導体層102の耐圧を調整する耐圧調整領域(耐圧保持領域)とも称される。
Inner wall region 164 c covers corners connecting the sidewalls and bottom walls of source trench 155 . The inner wall region 164c covers the bottom wall of the source trench 155 from the side wall of the source trench 155 through the corner. The bottom of contact region 164 is formed by inner wall region 164c.
A plurality of deep well regions 165 are formed in the surface layer portion of first main surface 103 of SiC semiconductor layer 102 . Each deep well region 165 is also called a breakdown voltage adjustment region (breakdown voltage holding region) that adjusts the breakdown voltage of the SiC semiconductor layer 102 in the active region 111 .
各ディープウェル領域165は、SiCエピタキシャル層107に形成されている。各ディープウェル領域165は、より具体的には、SiCエピタキシャル層107の高濃度領域108に形成されている。
各ディープウェル領域165は、各コンタクト領域164を被覆するように、各ソーストレンチ155の内壁に沿って形成されている。各ディープウェル領域165は、各コンタクト領域164に電気的に接続されている。
Each deep well region 165 is formed in SiC epitaxial layer 107 . More specifically, each deep well region 165 is formed in high concentration region 108 of SiC epitaxial layer 107 .
Each deep well region 165 is formed along the inner wall of each source trench 155 to cover each contact region 164 . Each deep well region 165 is electrically connected to each contact region 164 .
各ディープウェル領域165は、平面視において各ソーストレンチ155に沿って延びる帯状に形成されている。各ディープウェル領域165は、各ソーストレンチ155の側壁を被覆している。
各ディープウェル領域165は、各ソーストレンチ155の側壁および底壁を接続する角部を被覆している。各ディープウェル領域165は、各ソーストレンチ155の側壁から角部を介して各ソーストレンチ155の底壁を被覆している。各ディープウェル領域165は、各ソーストレンチ155の側壁においてボディ領域141に連なっている。
Each deep well region 165 is formed in a strip shape extending along each source trench 155 in plan view. Each deep well region 165 covers the sidewalls of each source trench 155 .
Each deep well region 165 covers the corners connecting the sidewalls and bottom walls of each source trench 155 . Each deep well region 165 covers the bottom wall of each source trench 155 from the side wall of each source trench 155 through the corner. Each deep well region 165 is contiguous with body region 141 at the sidewall of each source trench 155 .
各ディープウェル領域165は、各ゲートトレンチ142の底壁に対してSiC半導体層102の第2主面104側に位置する底部を有している。各ディープウェル領域165の底部は、各ソーストレンチ155の底壁に対して平行に形成されていてもよい。
各ディープウェル領域165のp型不純物濃度は、ボディ領域141のp型不純物濃度とほぼ等しくてもよい。各ディープウェル領域165のp型不純物濃度は、ボディ領域141のp型不純物濃度を超えていてもよい。各ディープウェル領域165のp型不純物濃度は、ボディ領域141のp型不純物濃度未満であってもよい。
Each deep well region 165 has a bottom located on the second main surface 104 side of SiC semiconductor layer 102 with respect to the bottom wall of each gate trench 142 . The bottom of each deep well region 165 may be formed parallel to the bottom wall of each source trench 155 .
The p-type impurity concentration of each deep well region 165 may be substantially equal to the p-type impurity concentration of body region 141 . The p-type impurity concentration of each deep well region 165 may exceed the p-type impurity concentration of body region 141 . The p-type impurity concentration of each deep well region 165 may be less than the p-type impurity concentration of body region 141 .
各ディープウェル領域165のp型不純物濃度は、コンタクト領域164のp型不純物濃度以下であってもよい。各ディープウェル領域165のp型不純物濃度は、コンタクト領域164のp型不純物濃度未満であってもよい。各ディープウェル領域165のp型不純物濃度は、1.0×1017cm-3以上1.0×1019cm-3以下であってもよい。
The p-type impurity concentration of each deep well region 165 may be less than or equal to the p-type impurity concentration of the contact region 164 . The p-type impurity concentration of each deep well region 165 may be less than the p-type impurity concentration of the contact regions 164 . Each deep well region 165 may have a p-type impurity concentration of 1.0×10 17 cm −3 or more and 1.0×10 19 cm −3 or less.
各ディープウェル領域165は、SiC半導体層102(SiCエピタキシャル層107の高濃度領域108)との間でpn接合部を形成している。このpn接合部からは、互いに隣り合う複数のゲートトレンチ142の間の領域に向けて空乏層が拡がる。この空乏層は、各ゲートトレンチ142の底壁に対してSiC半導体層102の第2主面104側の領域に向けて拡がる。
Each deep well region 165 forms a pn junction with SiC semiconductor layer 102 (high concentration region 108 of SiC epitaxial layer 107). A depletion layer spreads from this pn junction toward a region between a plurality of gate trenches 142 adjacent to each other. This depletion layer extends from the bottom wall of each gate trench 142 toward the region on the second main surface 104 side of SiC semiconductor layer 102 .
各ディープウェル領域165から拡がる空乏層は、各ゲートトレンチ142の底壁にオーバラップしてもよい。各ディープウェル領域165の底部から拡がる空乏層が、各ゲートトレンチ142の底壁にオーバラップしてもよい。
図18および図20を参照して、アクティブ領域111の周縁部には、p型の周縁ディープウェル領域166が形成されている。周縁ディープウェル領域166は、SiCエピタキシャル層107に形成されている。周縁ディープウェル領域166は、より具体的には、SiCエピタキシャル層107の高濃度領域108に形成されている。
A depletion layer extending from each deep well region 165 may overlap the bottom wall of each gate trench 142 . A depletion layer extending from the bottom of each deep well region 165 may overlap the bottom wall of each gate trench 142 .
18 and 20, a p-type peripheral deep well region 166 is formed at the peripheral edge of active region 111. Referring to FIG. A peripheral deep well region 166 is formed in the SiC epitaxial layer 107 . More specifically, peripheral deep well region 166 is formed in high concentration region 108 of SiC epitaxial layer 107 .
周縁ディープウェル領域166は、各ディープウェル領域165に電気的に接続されている。周縁ディープウェル領域166は、各ディープウェル領域165と同電位を成している。周縁ディープウェル領域166は、この形態では、各ディープウェル領域165と一体的に形成されている。
周縁ディープウェル領域166は、より具体的には、アクティブ領域111の周縁部において、各ゲートトレンチ142のコンタクトトレンチ部144の内壁に沿う領域に形成されている。
A peripheral deep well region 166 is electrically connected to each deep well region 165 . The peripheral deep well region 166 has the same potential as each deep well region 165 . The peripheral deep well region 166 is integrally formed with each deep well region 165 in this form.
More specifically, the peripheral deep well region 166 is formed along the inner wall of the contact trench portion 144 of each gate trench 142 in the peripheral portion of the active region 111 .
周縁ディープウェル領域166は、各ゲートトレンチ142のコンタクトトレンチ部144の側壁を被覆している。周縁ディープウェル領域166は、各コンタクトトレンチ部144の側壁および底壁を接続する角部を被覆している。
周縁ディープウェル領域166は、各コンタクトトレンチ部144の側壁から角部を介して各コンタクトトレンチ部144の底壁を被覆している。各ディープウェル領域165は、各コンタクトトレンチ部144の側壁においてボディ領域141に連なっている。周縁ディープウェル領域166の底部は、各コンタクトトレンチ部144の底壁に対してSiC半導体層102の第2主面104側に位置している。
A peripheral deep well region 166 lines the sidewalls of the contact trench portion 144 of each gate trench 142 . A peripheral deep well region 166 covers the corners connecting the sidewalls and bottom walls of each contact trench portion 144 .
The peripheral deep well region 166 covers the bottom wall of each contact trench portion 144 from the side wall of each contact trench portion 144 through the corners. Each deep well region 165 continues to the body region 141 on the side wall of each contact trench portion 144 . The bottom of peripheral deep well region 166 is located on the second main surface 104 side of SiC semiconductor layer 102 with respect to the bottom wall of each contact trench portion 144 .
周縁ディープウェル領域166は、平面視においてゲート配線層150に重なっている。周縁ディープウェル領域166は、ゲート絶縁層148(第3領域148c)を挟んでゲート配線層150に対向している。
周縁ディープウェル領域166は、各コンタクトトレンチ部144から各アクティブトレンチ部143に引き出された引き出し部166aを含む。引き出し部166aは、SiCエピタキシャル層107の高濃度領域108に形成されている。引き出し部166aは、各アクティブトレンチ部143の側壁に沿って延び、角部を通ってアクティブトレンチ部143の底壁を被覆している。
The peripheral deep well region 166 overlaps the gate wiring layer 150 in plan view. The peripheral deep well region 166 faces the gate wiring layer 150 with the gate insulating layer 148 (third region 148c) interposed therebetween.
The peripheral deep well region 166 includes lead-out portions 166 a led out from each contact trench portion 144 to each active trench portion 143 . Lead portion 166 a is formed in high-concentration region 108 of SiC epitaxial layer 107 . The lead-out portion 166a extends along the side wall of each active trench portion 143 and covers the bottom wall of the active trench portion 143 through the corner portion.
引き出し部166aは、各ゲートトレンチ142のアクティブトレンチ部143の側壁を被覆している。引き出し部166aは、各アクティブトレンチ部143の側壁および底壁を接続する角部を被覆している。
引き出し部166aは、各アクティブトレンチ部143の側壁から角部を介して各アクティブトレンチ部143の底壁を被覆している。引き出し部166aは、各アクティブトレンチ部143の側壁においてボディ領域141に連なっている。引き出し部166aの底部は、各アクティブトレンチ部143の底壁に対してSiC半導体層102の第2主面104側に位置している。
The lead-out portion 166 a covers the sidewall of the active trench portion 143 of each gate trench 142 . The lead-out portion 166 a covers corners connecting the sidewalls and bottom walls of each active trench portion 143 .
The lead-out portion 166a covers the bottom wall of each active trench portion 143 from the side wall of each active trench portion 143 through the corner portion. The lead portion 166 a continues to the body region 141 on the side wall of each active trench portion 143 . The bottom of lead portion 166 a is located on the second main surface 104 side of SiC semiconductor layer 102 with respect to the bottom wall of each active trench portion 143 .
周縁ディープウェル領域166のp型不純物濃度は、ボディ領域141のp型不純物濃度とほぼ等しくてもよい。周縁ディープウェル領域166のp型不純物濃度は、ボディ領域141のp型不純物濃度を超えていてもよい。周縁ディープウェル領域166のp型不純物濃度は、ボディ領域141のp型不純物濃度未満であってもよい。
周縁ディープウェル領域166のp型不純物濃度は、各ディープウェル領域165のp型不純物濃度とほぼ等しくてもよい。周縁ディープウェル領域166のp型不純物濃度は、各ディープウェル領域165のp型不純物濃度を超えていてもよい。周縁ディープウェル領域166のp型不純物濃度は、各ディープウェル領域165のp型不純物濃度未満であってもよい。
The p-type impurity concentration of the peripheral deep well region 166 may be approximately equal to the p-type impurity concentration of the body region 141 . The p-type impurity concentration of the peripheral deep well region 166 may exceed the p-type impurity concentration of the body region 141 . The p-type impurity concentration of the peripheral deep well region 166 may be less than the p-type impurity concentration of the body region 141 .
The p-type impurity concentration of the peripheral deep well region 166 may be approximately equal to the p-type impurity concentration of each deep well region 165 . The p-type impurity concentration of the peripheral deep well region 166 may exceed the p-type impurity concentration of each deep well region 165 . The p-type impurity concentration of the peripheral deep well region 166 may be less than the p-type impurity concentration of each deep well region 165 .
周縁ディープウェル領域166のp型不純物濃度は、コンタクト領域164のp型不純物濃度以下であってもよい。周縁ディープウェル領域166のp型不純物濃度は、コンタクト領域164のp型不純物濃度未満であってもよい。周縁ディープウェル領域166のp型不純物濃度は、1.0×1017cm-3以上1.0×1019cm-3以下であってもよい。
The p-type impurity concentration of the peripheral deep well region 166 may be less than or equal to the p-type impurity concentration of the contact region 164 . The p-type impurity concentration of the peripheral deep well region 166 may be less than the p-type impurity concentration of the contact region 164 . The peripheral deep well region 166 may have a p-type impurity concentration of 1.0×10 17 cm −3 or more and 1.0×10 19 cm −3 or less.
pn接合ダイオードだけを備えるSiC半導体装置では、トレンチを備えていないという構造上、SiC半導体層102内における電界集中の問題は少ない。各ディープウェル領域165(周縁ディープウェル領域166)は、トレンチゲート型のMISFETをpn接合ダイオードの構造に近づける。
これにより、トレンチゲート型のMISFETにおいて、SiC半導体層102内における電界を緩和できる。したがって、互いに隣り合う複数のディープウェル領域165の間のピッチを狭めることは、電界集中を緩和する上で有効である。
A SiC semiconductor device having only a pn junction diode has little problem of electric field concentration in the SiC semiconductor layer 102 because of its structure without a trench. Each deep well region 165 (peripheral deep well region 166) brings the trench gate type MISFET closer to the structure of a pn junction diode.
As a result, the electric field in the SiC semiconductor layer 102 can be relaxed in the trench gate type MISFET. Therefore, narrowing the pitch between the plurality of deep well regions 165 adjacent to each other is effective in alleviating electric field concentration.
また、各ゲートトレンチ142の底壁に対してSiC半導体層102の第2主面104側に底部を有する各ディープウェル領域165によれば、空乏層によって、各ゲートトレンチ142に対する電界集中を適切に緩和できる。
各ディープウェル領域165の底部およびSiC半導体層102の第2主面104の間の距離は、ほぼ一定であることが好ましい。これにより、各ディープウェル領域165の底部およびSiC半導体層102の第2主面104の間の距離にバラツキが生じるのを抑制できる。
Further, according to each deep well region 165 having a bottom portion on the second main surface 104 side of SiC semiconductor layer 102 with respect to the bottom wall of each gate trench 142, the depletion layer appropriately concentrates the electric field on each gate trench 142. can be mitigated.
The distance between the bottom of each deep well region 165 and the second main surface 104 of SiC semiconductor layer 102 is preferably substantially constant. This can suppress variation in the distance between the bottom of each deep well region 165 and the second main surface 104 of the SiC semiconductor layer 102 .
よって、SiC半導体層102の耐圧(たとえば破壊耐量)が、各ディープウェル領域165の形態によって制限を受けることを抑制できるから、耐圧の向上を適切に図ることができる。
この形態では、互いに隣り合う複数のディープウェル領域165の間の領域に、SiCエピタキシャル層107の高濃度領域108が介在している。これにより、互いに隣り合う複数のディープウェル領域165の間の領域において、JFET(Junction Field Effect Transistor)抵抗を低減できる。
Therefore, it is possible to prevent the breakdown voltage (for example, breakdown resistance) of the SiC semiconductor layer 102 from being restricted by the form of each deep well region 165, so that the breakdown voltage can be appropriately improved.
In this form, high-concentration regions 108 of SiC epitaxial layer 107 are interposed in regions between a plurality of deep well regions 165 adjacent to each other. Thereby, JFET (Junction Field Effect Transistor) resistance can be reduced in the region between the plurality of deep well regions 165 adjacent to each other.
さらに、この形態では、各ディープウェル領域165の底部がSiCエピタキシャル層107の高濃度領域108内に位置している。これにより、各ディープウェル領域165の底部からSiC半導体層102の第1主面103に対して平行な横方向に電流経路を拡張できる。これにより、電流拡がり抵抗を低減できる。SiCエピタキシャル層107の低濃度領域109は、このような構造において、SiC半導体層102の耐圧を高める。
Furthermore, in this configuration, the bottom of each deep well region 165 is located within the heavily doped region 108 of the SiC epitaxial layer 107 . Thereby, the current path can be extended laterally from the bottom of each deep well region 165 in parallel with the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102 . Thereby, the current spreading resistance can be reduced. Low-concentration region 109 of SiC epitaxial layer 107 increases the withstand voltage of SiC semiconductor layer 102 in such a structure.
ソーストレンチ155を形成することにより、ソーストレンチ155の内壁に対してp型不純物を導入できる。これにより、ソーストレンチ155に対して各ディープウェル領域165をコンフォーマルに形成できるから、各ディープウェル領域165の深さにバラツキが生じるのを適切に抑制できる。また、各ソーストレンチ155を利用することにより、SiC半導体層102の比較的深い領域に、各ディープウェル領域165を適切に形成できる。
By forming the source trenches 155 , p-type impurities can be introduced into the inner walls of the source trenches 155 . As a result, each deep well region 165 can be formed conformally with respect to the source trench 155, so that variations in the depth of each deep well region 165 can be appropriately suppressed. Moreover, by using each source trench 155, each deep well region 165 can be appropriately formed in a relatively deep region of the SiC semiconductor layer 102. FIG.
図21を参照して、ゲート電極層149の上には、低抵抗電極層167が形成されている。低抵抗電極層167は、各ゲートトレンチ142内において、ゲート電極層149の上端部を被覆している。
低抵抗電極層167は、ゲート電極層149のシート抵抗未満のシート抵抗を有する導電材料を含む。低抵抗電極層167のシート抵抗は、0.01Ω/□以上10Ω/□以下であってもよい。
Referring to FIG. 21, a low resistance electrode layer 167 is formed on gate electrode layer 149 . The low resistance electrode layer 167 covers the upper end of the gate electrode layer 149 in each gate trench 142 .
Low resistance electrode layer 167 includes a conductive material having a sheet resistance less than that of gate electrode layer 149 . The sheet resistance of the low-resistance electrode layer 167 may be 0.01Ω/□ or more and 10Ω/□ or less.
低抵抗電極層167は、膜状に形成されている。低抵抗電極層167は、ゲート電極層149の上端部に接する接続部167aおよびその反対の非接続部167bを有している。低抵抗電極層167の接続部167aおよび非接続部167bは、ゲート電極層149の上端部に倣って凹湾曲状に形成されていてもよい。低抵抗電極層167の接続部167aおよび非接続部167bは、種々の形態を採り得る。
The low resistance electrode layer 167 is formed in a film shape. The low-resistance electrode layer 167 has a connection portion 167a in contact with the upper end portion of the gate electrode layer 149 and a non-connection portion 167b on the opposite side. The connection portion 167 a and the non-connection portion 167 b of the low-resistance electrode layer 167 may be formed in a concave curved shape following the upper end portion of the gate electrode layer 149 . The connecting portion 167a and the non-connecting portion 167b of the low-resistance electrode layer 167 can take various forms.
低抵抗電極層167の接続部167aの全体がSiC半導体層102の第1主面103よりも上方に位置していてもよい。低抵抗電極層167の接続部167aの全体がSiC半導体層102の第1主面103よりも下方に位置していてもよい。
低抵抗電極層167の接続部167aは、SiC半導体層102の第1主面103よりも上方に位置する部分を含んでいてもよい。低抵抗電極層167の接続部167aは、SiC半導体層102の第1主面103よりも下方に位置する部分を含んでいてもよい。
The entire connection portion 167a of the low-resistance electrode layer 167 may be located above the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102 . The entire connection portion 167 a of the low resistance electrode layer 167 may be located below the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102 .
Connection portion 167 a of low-resistance electrode layer 167 may include a portion located above first main surface 103 of SiC semiconductor layer 102 . Connection portion 167 a of low-resistance electrode layer 167 may include a portion located below first main surface 103 of SiC semiconductor layer 102 .
たとえば、低抵抗電極層167の接続部167aの中央部がSiC半導体層102の第1主面103よりも下方に位置し、低抵抗電極層167の接続部167aの周縁部がSiC半導体層102の第1主面103よりも上方に位置していてもよい。
低抵抗電極層167の非接続部167bの全体がSiC半導体層102の第1主面103よりも上方に位置していてもよい。低抵抗電極層167の非接続部167bの全体がSiC半導体層102の第1主面103よりも下方に位置していてもよい。
For example, the central portion of connection portion 167a of low-resistance electrode layer 167 is located below first main surface 103 of SiC semiconductor layer 102, and the peripheral portion of connection portion 167a of low-resistance electrode layer 167 is located below SiC semiconductor layer 102. It may be located above the first main surface 103 .
The entire non-connection portion 167b of the low resistance electrode layer 167 may be positioned above the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102 . The entire non-connection portion 167 b of the low resistance electrode layer 167 may be located below the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102 .
低抵抗電極層167の非接続部167bは、SiC半導体層102の第1主面103よりも上方に位置する部分を含んでいてもよい。低抵抗電極層167の非接続部167bは、SiC半導体層102の第1主面103よりも下方に位置する部分を含んでいてもよい。
たとえば、低抵抗電極層167の非接続部167bの中央部がSiC半導体層102の第1主面103よりも下方に位置し、低抵抗電極層167の非接続部167bの周縁部がSiC半導体層102の第1主面103よりも上方に位置していてもよい。
Non-connection portion 167 b of low-resistance electrode layer 167 may include a portion located above first main surface 103 of SiC semiconductor layer 102 . Non-connection portion 167 b of low-resistance electrode layer 167 may include a portion located below first main surface 103 of SiC semiconductor layer 102 .
For example, the central portion of non-connection portion 167b of low-resistance electrode layer 167 is located below first main surface 103 of SiC semiconductor layer 102, and the peripheral portion of non-connection portion 167b of low-resistance electrode layer 167 is located below the SiC semiconductor layer. 102 may be located above the first main surface 103 .
低抵抗電極層167は、ゲート絶縁層148に接する縁部167cを有している。低抵抗電極層167の縁部167cは、ゲート絶縁層148において第1領域148aおよび第2領域148bを接続する角部に接している。
低抵抗電極層167の縁部167cは、ゲート絶縁層148の第3領域148cに接している。低抵抗電極層167の縁部167cは、より具体的には、ゲート絶縁層148の膨出部148dに接している。
The low resistance electrode layer 167 has an edge portion 167c in contact with the gate insulating layer 148. As shown in FIG. Edge 167c of low resistance electrode layer 167 is in contact with a corner connecting first region 148a and second region 148b in gate insulating layer 148 .
An edge portion 167c of the low-resistance electrode layer 167 is in contact with the third region 148c of the gate insulating layer 148. As shown in FIG. More specifically, edge portion 167 c of low-resistance electrode layer 167 is in contact with bulging portion 148 d of gate insulating layer 148 .
低抵抗電極層167の縁部167cは、ソース領域163の底部に対してSiC半導体層102の第1主面103側の領域に形成されている。低抵抗電極層167の縁部167cは、ボディ領域141およびソース領域163の間の境界領域よりもSiC半導体層102の第1主面103側の領域に形成されている。
したがって、低抵抗電極層167の縁部167cは、ゲート絶縁層148を挟んでソース領域163に対向している。低抵抗電極層167の縁部167cは、ゲート絶縁層148を挟んでボディ領域141とは対向していない。
Edge portion 167 c of low-resistance electrode layer 167 is formed in a region on the first main surface 103 side of SiC semiconductor layer 102 with respect to the bottom portion of source region 163 . Edge portion 167 c of low-resistance electrode layer 167 is formed in a region closer to first main surface 103 of SiC semiconductor layer 102 than the boundary region between body region 141 and source region 163 .
Therefore, edge portion 167c of low-resistance electrode layer 167 faces source region 163 with gate insulating layer 148 interposed therebetween. Edge portion 167c of low-resistance electrode layer 167 does not face body region 141 with gate insulating layer 148 interposed therebetween.
これにより、ゲート絶縁層148における低抵抗電極層167およびボディ領域141の間の領域において電流パスが形成されることを抑制できる。電流パスは、ゲート絶縁層148に対する低抵抗電極層167の電極材料の不所望な拡散によって形成され得る。
特に、低抵抗電極層167の縁部167cを、比較的厚いゲート絶縁層148の第3領域148c(ゲート絶縁層148の角部)に接続させる設計は、電流パスが形成されるリスクを低減する上で有効である。
Thereby, formation of a current path in a region between low-resistance electrode layer 167 and body region 141 in gate insulating layer 148 can be suppressed. A current path may be formed by unwanted diffusion of the electrode material of the low resistance electrode layer 167 to the gate insulating layer 148 .
In particular, the design of connecting the edge 167c of the low-resistance electrode layer 167 to the third region 148c (corner of the gate insulating layer 148) of the relatively thick gate insulating layer 148 reduces the risk of forming a current path. is valid on
法線方向Zに関して、低抵抗電極層167の総厚さTallは、ゲート電極層149の厚さTG以下(Tr≦TG)である。低抵抗電極層167の総厚さTallは、ゲート電極層149の厚さTG未満(Tr<TG)であることが好ましい。低抵抗電極層167の総厚さTallは、より具体的には、ゲート電極層149の厚さTGの半分以下(Tr≦TG/2)であることが好ましい。
With respect to the normal direction Z, the total thickness Tall of the low-resistance electrode layers 167 is equal to or less than the thickness TG of the gate electrode layer 149 (Tr≤TG). The total thickness Tall of the low-resistance electrode layer 167 is preferably less than the thickness TG of the gate electrode layer 149 (Tr<TG). More specifically, total thickness Tall of low-resistance electrode layer 167 is preferably half or less of thickness TG of gate electrode layer 149 (Tr≦TG/2).
ゲート電極層149の厚さTGに対する低抵抗電極層167の総厚さTallの比Tr/TGは、0.01以上1以下である。ゲート電極層149の厚さTGは、0.5μm以上3μm以下であってもよい。低抵抗電極層167の総厚さTallは、0.01μm以上3μm以下であってもよい。
各ゲートトレンチ142内に供給された電流は、比較的低いシート抵抗を有する低抵抗電極層167を流れ、ゲート電極層149の全体に伝達される。これにより、ゲート電極層149の全体(アクティブ領域111の全域)を速やかにオフ状態からオン状態に移行させることができるから、スイッチング応答の遅延を抑制できる。
A ratio Tr/TG of the total thickness Tall of the low-resistance electrode layer 167 to the thickness TG of the gate electrode layer 149 is 0.01 or more and 1 or less. The thickness TG of the gate electrode layer 149 may be 0.5 μm or more and 3 μm or less. A total thickness Tall of the low resistance electrode layer 167 may be 0.01 μm or more and 3 μm or less.
A current supplied into each gate trench 142 flows through the low resistance electrode layer 167 having a relatively low sheet resistance and is transmitted to the entire gate electrode layer 149 . As a result, the entire gate electrode layer 149 (the entire active region 111) can be rapidly switched from the off state to the on state, thereby suppressing delay in switching response.
特に、ミリメートルオーダの長さ(1mm以上の長さ)を有するゲートトレンチ142の場合には、電流の伝達に時間を要するが、低抵抗電極層167によればスイッチング応答の遅延を適切に抑制できる。つまり、低抵抗電極層167は、各ゲートトレンチ142内に電流を拡散する電流拡散電極層として形成されている。
また、セル構造の微細化が進むと、ゲート電極層149の幅、深さ、断面積等が小さくなるため、各ゲートトレンチ142内における電気抵抗の増加に起因するスイッチング応答の遅延が懸念される。
In particular, in the case of the gate trench 142 having a length on the order of millimeters (length of 1 mm or longer), it takes time to transmit current, but the low-resistance electrode layer 167 can appropriately suppress delay in switching response. . That is, the low-resistance electrode layer 167 is formed as a current diffusion electrode layer that diffuses current in each gate trench 142 .
Further, as the cell structure becomes finer, the width, depth, cross-sectional area, etc. of the gate electrode layer 149 become smaller, so there is a concern that switching response may be delayed due to an increase in electrical resistance in each gate trench 142 . .
しかし、低抵抗電極層167によれば、ゲート電極層149の全体を速やかにオフ状態からオン状態に移行させることができるから、微細化に起因するスイッチング応答の遅延を適切に抑制できる。
図20を参照して、低抵抗電極層167は、この形態では、ゲート配線層150の上端部も被覆している。低抵抗電極層167においてゲート配線層150の上端部を被覆する部分は、低抵抗電極層167においてゲート電極層149の上端部を被覆する部分と一体的に形成されている。これにより、低抵抗電極層167は、ゲート電極層149の全域およびゲート配線層150の全域を被覆している。
However, according to the low-resistance electrode layer 167, the entire gate electrode layer 149 can be rapidly switched from the off state to the on state, so that delay in switching response due to miniaturization can be appropriately suppressed.
Referring to FIG. 20, low-resistance electrode layer 167 also covers the upper end portion of gate wiring layer 150 in this embodiment. A portion of the low-resistance electrode layer 167 covering the upper end portion of the gate wiring layer 150 is formed integrally with a portion of the low-resistance electrode layer 167 covering the upper end portion of the gate electrode layer 149 . Thus, the low resistance electrode layer 167 covers the entire area of the gate electrode layer 149 and the entire area of the gate wiring layer 150 .
したがって、ゲートパッド116およびゲートフィンガー117,118からゲート配線層150に供給される電流は、比較的低いシート抵抗を有する低抵抗電極層167を介してゲート電極層149およびゲート配線層150の全体に伝達される。
これにより、ゲート配線層150を介してゲート電極層149の全体(アクティブ領域111の全域)を速やかにオフ状態からオン状態に移行させることができるから、スイッチング応答の遅延を抑制できる。
Therefore, a current supplied from gate pad 116 and gate fingers 117 and 118 to gate wiring layer 150 flows through gate electrode layer 149 and gate wiring layer 150 through low resistance electrode layer 167 having a relatively low sheet resistance. transmitted.
As a result, the entire gate electrode layer 149 (the entire active region 111) can be quickly switched from the off state to the on state via the gate wiring layer 150, so that delay in switching response can be suppressed.
特に、ミリメートルオーダの長さを有するゲートトレンチ142の場合には、ゲート配線層150の上端部を被覆する低抵抗電極層167によってスイッチング応答の遅延を適切に抑制できる。
低抵抗電極層167は、ポリサイド層を含む。ポリサイド層は、ゲート電極層149の表層部を形成する部分が金属材料によってシリサイド化されることによって形成されている。ポリサイド層は、より具体的には、ゲート電極層149(p型ポリシリコン)に添加されたp型不純物を含むp型ポリサイド層からなる。ポリサイド層は、10μΩ・cm以上110μΩ・cm以下の比抵抗を有していることが好ましい。
In particular, in the case of the gate trench 142 having a length on the order of millimeters, the low-resistance electrode layer 167 covering the upper end portion of the gate wiring layer 150 can appropriately suppress delay in switching response.
Low resistance electrode layer 167 includes a polycide layer. The polycide layer is formed by siliciding the portion forming the surface layer portion of the gate electrode layer 149 with a metal material. The polycide layer is, more specifically, a p-type polycide layer containing p-type impurities added to the gate electrode layer 149 (p-type polysilicon). The polycide layer preferably has a specific resistance of 10 μΩ·cm or more and 110 μΩ·cm or less.
ゲート電極層149および低抵抗電極層167が埋め込まれたゲートトレンチ142内のシート抵抗は、ゲート電極層149単体のシート抵抗以下である。ゲートトレンチ142内のシート抵抗は、n型不純物が添加されたn型ポリシリコンのシート抵抗以下であることが好ましい。
ゲートトレンチ142内のシート抵抗は、低抵抗電極層167のシート抵抗に近似される。つまり、ゲートトレンチ142内のシート抵抗は、0.01Ω/□以上10Ω/□以下であってもよい。ゲートトレンチ142内のシート抵抗は、10Ω/□未満であることが好ましい。
The sheet resistance in the gate trench 142 in which the gate electrode layer 149 and the low resistance electrode layer 167 are buried is less than the sheet resistance of the gate electrode layer 149 alone. The sheet resistance in the gate trench 142 is preferably less than the sheet resistance of n-type polysilicon doped with n-type impurities.
The sheet resistance in gate trench 142 approximates the sheet resistance of low resistance electrode layer 167 . That is, the sheet resistance in the gate trench 142 may be 0.01Ω/□ or more and 10Ω/□ or less. The sheet resistance in gate trench 142 is preferably less than 10Ω/square.
低抵抗電極層167は、TiSi、TiSi2、NiSi、CoSi、CoSi2、MoSi2またはWSi2のうちの少なくとも1種を含んでいてもよい。とりわけ、これらの種のうちのNiSi、CoSi2およびTiSi2は、比抵抗の値および温度依存性が比較的小さいことから、低抵抗電極層167を形成するポリサイド層として適している。
SiC半導体層102の第1主面103において、ソース電極層157の上端部に沿う領域には、各ソーストレンチ155に連通するソースサブトレンチ168が形成されている。ソースサブトレンチ168は、各ソーストレンチ155の側壁の一部を形成している。
The low resistance electrode layer 167 may contain at least one of TiSi, TiSi 2 , NiSi, CoSi, CoSi 2 , MoSi 2 and WSi 2 . In particular, NiSi, CoSi 2 and TiSi 2 among these species are suitable as the polycide layer forming the low-resistance electrode layer 167 because of their relatively low resistivity and temperature dependence.
In first main surface 103 of SiC semiconductor layer 102 , source sub-trench 168 communicating with each source trench 155 is formed in a region along the upper end portion of source electrode layer 157 . Source sub-trench 168 forms part of the sidewall of each source trench 155 .
ソースサブトレンチ168は、この形態では、平面視においてソース電極層157の上端部を取り囲む無端状(この形態では四角環状)に形成されている。ソースサブトレンチ168は、ソース電極層157の上端部を縁取っている。
ソースサブトレンチ168は、ソース絶縁層156の一部を掘り下げることによって形成されている。ソースサブトレンチ168は、より具体的には、SiC半導体層102の第1主面103からソース絶縁層156の上端部およびソース電極層157の上端部を掘り下げることによって形成されている。
In this form, the source sub-trench 168 is formed in an endless shape (in this form, a square annular shape) surrounding the upper end portion of the source electrode layer 157 in plan view. The source sub-trench 168 borders the upper edge of the source electrode layer 157 .
Source sub-trench 168 is formed by digging down a portion of source insulating layer 156 . More specifically, source sub-trench 168 is formed by digging the upper end portion of source insulating layer 156 and the upper end portion of source electrode layer 157 from first main surface 103 of SiC semiconductor layer 102 .
ソース電極層157の上端部は、ソース電極層157の下端部に対して内側に括れた形状を有している。ソース電極層157の下端部は、ソース電極層157において各ソーストレンチ155の底壁側に位置する部分である。ソース電極層157の上端部の第1方向幅は、ソース電極層157の下端部の第1方向幅未満であってもよい。
ソースサブトレンチ168は、断面視において底面積が開口面積よりも小さい先細り形状に形成されている。ソースサブトレンチ168の底壁は、SiC半導体層102の第2主面104に向かう凸湾曲状に形成されていてもよい。
The upper end portion of the source electrode layer 157 has a constricted shape with respect to the lower end portion of the source electrode layer 157 . A lower end portion of the source electrode layer 157 is a portion of the source electrode layer 157 located on the bottom wall side of each source trench 155 . The first direction width of the top end of the source electrode layer 157 may be less than the first direction width of the bottom end of the source electrode layer 157 .
The source sub-trench 168 is formed in a tapered shape in which the bottom area is smaller than the opening area in a cross-sectional view. A bottom wall of the source sub-trench 168 may be formed in a convex curve toward the second main surface 104 of the SiC semiconductor layer 102 .
ソースサブトレンチ168の内壁からは、ソース領域163、コンタクト領域164、ソース絶縁層156およびソース電極層157が露出している。ソースサブトレンチ168の内壁からは、コンタクト領域164の第1表層領域164aおよび第2表層領域164bが露出している。
ソースサブトレンチ168の底壁からは、少なくともソース絶縁層156の第1領域156aが露出している。ソース絶縁層156において第1領域156aの上端部は、SiC半導体層102の第1主面103よりも下方に位置している。
Source region 163 , contact region 164 , source insulating layer 156 and source electrode layer 157 are exposed from the inner wall of source sub-trench 168 . From the inner walls of the source sub-trench 168, the first surface layer region 164a and the second surface layer region 164b of the contact region 164 are exposed.
At least the first region 156 a of the source insulating layer 156 is exposed from the bottom wall of the source sub-trench 168 . An upper end portion of the first region 156 a in the source insulating layer 156 is located below the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102 .
各ソーストレンチ155の開口エッジ部169は、SiC半導体層102の第1主面103から各ソーストレンチ155の内方に向かって下り傾斜した傾斜部170を含む。各ソーストレンチ155の開口エッジ部169は、SiC半導体層102の第1主面103および各ソーストレンチ155の側壁を接続する角部である。各ソーストレンチ155の傾斜部170は、ソースサブトレンチ168によって形成されている。
Opening edge portion 169 of each source trench 155 includes an inclined portion 170 that slopes downward from first main surface 103 of SiC semiconductor layer 102 toward the inside of each source trench 155 . Opening edge portion 169 of each source trench 155 is a corner connecting first main surface 103 of SiC semiconductor layer 102 and the side wall of each source trench 155 . A sloped portion 170 of each source trench 155 is formed by a source sub-trench 168 .
傾斜部170は、この形態では、SiC半導体層102の内方に向かう凹湾曲状に形成されている。傾斜部170は、ソースサブトレンチ168の内方に向かう凸湾曲状に形成されていてもよい。傾斜部170は、各ソーストレンチ155の開口エッジ部169に対する電界集中を緩和する。
図22および図23を参照して、アクティブ領域111は、SiC半導体層102の第1主面103の一部を形成するアクティブ主面171を有している。外側領域112は、SiC半導体層102の第1主面103の一部を形成する外側主面172を有している。外側主面172は、この形態では、SiC半導体層102の側面105A~105Dに接続されている。
In this embodiment, the inclined portion 170 is formed in a concave curved shape directed inward of the SiC semiconductor layer 102 . The inclined portion 170 may be formed in a convex curved shape directed inward of the source sub-trench 168 . The sloped portion 170 reduces electric field concentration on the opening edge portion 169 of each source trench 155 .
22 and 23, active region 111 has an active main surface 171 forming part of first main surface 103 of SiC semiconductor layer 102 . Outer region 112 has an outer major surface 172 that forms part of first major surface 103 of SiC semiconductor layer 102 . Outer main surface 172 is connected to side surfaces 105A to 105D of SiC semiconductor layer 102 in this embodiment.
アクティブ主面171および外側主面172は、SiC単結晶のc面にそれぞれ面している。また、アクティブ主面171および外側主面172は、SiC単結晶のc面に対して[11-20]方向に傾斜したオフ角θをそれぞれ有している。
外側主面172は、アクティブ主面171に対してSiC半導体層102の第2主面104側に位置している。外側領域112は、この形態では、SiC半導体層102の第1主面103を第2主面104側に掘り下げることによって形成されている。したがって、外側主面172は、アクティブ主面171に対してSiC半導体層102の第2主面104側に窪んだ領域に形成されている。
The active main surface 171 and the outer main surface 172 each face the c-plane of the SiC single crystal. In addition, the active main surface 171 and the outer main surface 172 each have an off angle θ inclined in the [11-20] direction with respect to the c-plane of the SiC single crystal.
Outer main surface 172 is located on the second main surface 104 side of SiC semiconductor layer 102 with respect to active main surface 171 . In this embodiment, outer region 112 is formed by digging down first main surface 103 of SiC semiconductor layer 102 toward second main surface 104 . Therefore, outer main surface 172 is formed in a region recessed toward second main surface 104 of SiC semiconductor layer 102 with respect to active main surface 171 .
外側主面172は、各ゲートトレンチ142の底壁に対してSiC半導体層102の第2主面104側に位置していてもよい。外側主面172は、各ソーストレンチ155の底壁とほぼ等しい深さ位置に形成されていてもよい。外側主面172は、各ソーストレンチ155の底壁とほぼ同一平面上に位置していてもよい。
外側主面172およびSiC半導体層102の第2主面104の間の距離は、各ソーストレンチ155の底壁およびSiC半導体層102の第2主面104の間の距離とほぼ等しくてもよい。
The outer major surface 172 may be located on the second major surface 104 side of the SiC semiconductor layer 102 with respect to the bottom wall of each gate trench 142 . The outer major surface 172 may be formed at a depth position substantially equal to the bottom wall of each source trench 155 . Outer major surface 172 may be substantially coplanar with the bottom wall of each source trench 155 .
The distance between outer major surface 172 and second major surface 104 of SiC semiconductor layer 102 may be substantially equal to the distance between the bottom wall of each source trench 155 and second major surface 104 of SiC semiconductor layer 102 .
外側主面172は、各ソーストレンチ155の底壁に対してSiC半導体層102の第2主面104側に位置していてもよい。外側主面172は、各ソーストレンチ155の底壁に対して、0μm以上1μm以下の範囲で、SiC半導体層102の第2主面104側に位置していてもよい。
SiCエピタキシャル層107は、外側主面172から露出している。より具体的には、SiCエピタキシャル層107の高濃度領域108が、外側領域112の外側主面172から露出している。外側主面172は、SiCエピタキシャル層107の高濃度領域108を挟んでSiCエピタキシャル層107の低濃度領域109と対向している。
Outer main surface 172 may be located on the second main surface 104 side of SiC semiconductor layer 102 with respect to the bottom wall of each source trench 155 . The outer main surface 172 may be located on the second main surface 104 side of the SiC semiconductor layer 102 within a range of 0 μm or more and 1 μm or less with respect to the bottom wall of each source trench 155 .
SiC epitaxial layer 107 is exposed from outer main surface 172 . More specifically, high concentration region 108 of SiC epitaxial layer 107 is exposed from outer main surface 172 of outer region 112 . Outer main surface 172 faces low concentration region 109 of SiC epitaxial layer 107 with high concentration region 108 of SiC epitaxial layer 107 interposed therebetween.
アクティブ領域111は、この形態では、外側領域112によって台地状に区画されている。アクティブ領域111は、外側領域112よりも上方に向かって突出した台地状のアクティブ台地173として形成されている。
アクティブ台地173は、アクティブ主面171および外側主面172を接続するアクティブ側壁174を含む。アクティブ側壁174は、アクティブ領域111および外側領域112の間の境界領域を区画している。SiC半導体層102の第1主面103は、アクティブ主面171、外側主面172およびアクティブ側壁174によって形成されている。
The active area 111 is plateau-shaped in this embodiment by an outer area 112 . The active region 111 is formed as a plateau-shaped active plateau 173 protruding upward from the outer region 112 .
Active plateau 173 includes active sidewalls 174 connecting active major surface 171 and outer major surface 172 . Active sidewalls 174 define the boundary area between active area 111 and outer area 112 . First main surface 103 of SiC semiconductor layer 102 is formed by active main surface 171 , outer main surface 172 and active sidewalls 174 .
アクティブ側壁174は、この形態では、アクティブ主面171(外側主面172)の法線方向Zに沿って延びている。アクティブ側壁174は、SiC単結晶のm面およびa面によって形成されている。
アクティブ側壁174は、アクティブ主面171から外側主面172に向かって下り傾斜した傾斜面を有していてもよい。アクティブ側壁174の傾斜角度は、SiC半導体層102内においてアクティブ側壁174がアクティブ主面171との間で形成する角度である。
The active sidewalls 174 extend along the normal direction Z of the active major surface 171 (outer major surface 172) in this embodiment. Active sidewalls 174 are formed by the m-plane and a-plane of SiC single crystal.
The active sidewalls 174 may have sloped surfaces that slope downward from the active major surface 171 toward the outer major surface 172 . The inclination angle of active sidewall 174 is the angle formed between active sidewall 174 and active main surface 171 in SiC semiconductor layer 102 .
この場合、アクティブ側壁174の傾斜角度は、90°を超えて135°以下であってもよい。アクティブ側壁174の傾斜角度は、90°を超えて95°以下、95°以上100°以下、100°以上110°以下、110°以上120°以下または120°以上135°以下であってもよい。アクティブ側壁174の傾斜角度は、90°を超えて95°以下であることが好ましい。
In this case, the inclination angle of the active sidewalls 174 may be greater than 90° and less than or equal to 135°. The slope angle of the active sidewalls 174 may be greater than 90° and less than or equal to 95°, 95° to 100°, 100° to 110°, 110° to 120°, or 120° to 135°. The inclination angle of the active sidewalls 174 is preferably greater than 90° and less than or equal to 95°.
アクティブ側壁174からは、SiCエピタキシャル層107が露出している。より具体的には、SiCエピタキシャル層107の高濃度領域108が、アクティブ側壁174から露出している。
アクティブ側壁174においてアクティブ主面171側の領域からは、少なくともボディ領域141が露出している。図22および図23では、アクティブ側壁174からボディ領域141およびソース領域163が露出している形態例が示されている。
The SiC epitaxial layer 107 is exposed from the active sidewalls 174 . More specifically, heavily doped regions 108 of SiC epitaxial layer 107 are exposed from active sidewalls 174 .
At least the body region 141 is exposed from the region of the active side wall 174 on the active main surface 171 side. FIGS. 22 and 23 show an example configuration in which active sidewalls 174 expose body region 141 and source region 163 .
外側領域112において、SiC半導体層102の第1主面103(外側主面172)の表層部には、p+型のダイオード領域181(不純物領域)、p型の外側ディープウェル領域182およびp型のフィールドリミット構造183が形成されている。
ダイオード領域181は、外側領域112においてアクティブ側壁174およびSiC半導体層102の側面105A~105Dの間の領域に形成されている。ダイオード領域181は、アクティブ側壁174および側面105A~105Dから間隔を空けて形成されている。
In outer region 112, the surface layer portion of first main surface 103 (outer main surface 172) of SiC semiconductor layer 102 includes p + -type diode region 181 (impurity region), p-type outer deep well region 182 and p-type of field limit structures 183 are formed.
Diode region 181 is formed in the region between active sidewall 174 and side surfaces 105A-105D of SiC semiconductor layer 102 in outer region 112 . Diode region 181 is spaced from active sidewalls 174 and sides 105A-105D.
ダイオード領域181は、平面視においてアクティブ領域111に沿って帯状に延びている。ダイオード領域181は、この形態では、平面視においてアクティブ領域111を取り囲む無端状(この形態では四角環状)に形成されている。
ダイオード領域181は、平面視においてソース引き回し配線123と重なっている。ダイオード領域181は、ソース引き回し配線123に電気的に接続されている。ダイオード領域181は、アバランシェ電流吸収構造の一部を形成している。
Diode region 181 extends in a strip shape along active region 111 in plan view. In this form, the diode region 181 is formed in an endless shape (in this form, a square ring shape) surrounding the active region 111 in plan view.
The diode region 181 overlaps the source lead-out wiring 123 in plan view. The diode region 181 is electrically connected to the source lead-out wiring 123 . Diode region 181 forms part of the avalanche current absorption structure.
ダイオード領域181は、SiC半導体層102との間でpn接合部を形成する。ダイオード領域181は、より具体的には、SiCエピタキシャル層107内に位置している。したがって、ダイオード領域181は、SiCエピタキシャル層107との間でpn接合部を形成する。
ダイオード領域181は、さらに具体的には、SiCエピタキシャル層107の高濃度領域108内に位置している。したがって、ダイオード領域181は、高濃度領域108との間でpn接合部を形成する。これにより、ダイオード領域181をアノードとし、SiC半導体層102をカソードとするpn接合ダイオードDpnが形成されている。
Diode region 181 forms a pn junction with SiC semiconductor layer 102 . Diode region 181 is more specifically located within SiC epitaxial layer 107 . Diode region 181 thus forms a pn junction with SiC epitaxial layer 107 .
More specifically, diode region 181 is located within high-concentration region 108 of SiC epitaxial layer 107 . Diode region 181 thus forms a pn junction with heavily doped region 108 . Thereby, a pn junction diode Dpn having the diode region 181 as an anode and the SiC semiconductor layer 102 as a cathode is formed.
ダイオード領域181の全体は、各ゲートトレンチ142の底壁に対してSiC半導体層102の第2主面104側に位置している。ダイオード領域181の底部は、各ソーストレンチ155の底壁に対してSiC半導体層102の第2主面104側に位置している。
ダイオード領域181の底部は、コンタクト領域164の底部とほぼ等しい深さ位置に形成されていてもよい。ダイオード領域181の底部は、コンタクト領域164の底部とほぼ同一平面上に位置していてもよい。
The entire diode region 181 is located on the second main surface 104 side of the SiC semiconductor layer 102 with respect to the bottom wall of each gate trench 142 . The bottom of diode region 181 is located on the second main surface 104 side of SiC semiconductor layer 102 with respect to the bottom wall of each source trench 155 .
The bottom of diode region 181 may be formed at a depth substantially equal to the bottom of contact region 164 . The bottom of diode region 181 may be substantially flush with the bottom of contact region 164 .
ダイオード領域181のp型不純物濃度は、コンタクト領域164のp型不純物濃度とほぼ等しい。ダイオード領域181のp型不純物濃度は、ボディ領域141のp型不純物濃度よりも大きい。ダイオード領域181のp型不純物濃度は、1.0×1018cm-3以上1.0×1021cm-3以下であってもよい。
外側ディープウェル領域182は、平面視においてアクティブ側壁174およびダイオード領域181の間の領域に形成されている。外側ディープウェル領域182は、この形態では、アクティブ側壁174からダイオード領域181側に向けて間隔を空けて形成されている。外側ディープウェル領域182は、外側領域112においてSiC半導体層102の耐圧を調整する耐圧調整領域(耐圧保持領域)とも称される。
The p-type impurity concentration of diode region 181 is substantially equal to the p-type impurity concentration of contact region 164 . The p-type impurity concentration of diode region 181 is higher than the p-type impurity concentration of body region 141 . The p-type impurity concentration of the diode region 181 may be 1.0×10 18 cm −3 or more and 1.0×10 21 cm −3 or less.
Outer deep well region 182 is formed in a region between active sidewall 174 and diode region 181 in plan view. The outer deep well region 182 is spaced from the active sidewall 174 toward the diode region 181 side in this embodiment. The outer deep well region 182 is also called a breakdown voltage adjustment region (breakdown voltage holding region) that adjusts the breakdown voltage of the SiC semiconductor layer 102 in the outer region 112 .
外側ディープウェル領域182は、平面視においてアクティブ領域111に沿って帯状に延びている。外側ディープウェル領域182は、この形態では、平面視においてアクティブ領域111を取り囲む無端状(この形態では四角環状)に形成されている。
外側ディープウェル領域182は、ダイオード領域181を介してソース引き回し配線123に電気的に接続されている。外側ディープウェル領域182は、pn接合ダイオードDpnの一部を形成していてもよい。外側ディープウェル領域182は、アバランシェ電流吸収構造の一部を形成していてもよい。
The outer deep well region 182 extends like a strip along the active region 111 in plan view. In this form, the outer deep well region 182 is formed in an endless shape (in this form, a quadrangular ring shape) surrounding the active region 111 in plan view.
The outer deep well region 182 is electrically connected to the source lead-out wiring 123 via the diode region 181 . Outer deep well region 182 may form part of a pn junction diode Dpn. Outer deep well region 182 may form part of an avalanche current absorbing structure.
外側ディープウェル領域182の全体は、各ゲートトレンチ142の底壁に対してSiC半導体層102の第2主面104側に位置している。外側ディープウェル領域182の底部は、各ソーストレンチ155の底壁に対してSiC半導体層102の第2主面104側に位置している。
外側ディープウェル領域182の底部は、ダイオード領域181の底部に対してSiC半導体層102の第2主面104側に位置している。外側ディープウェル領域182の底部は、各ディープウェル領域165の底部とほぼ等しい深さ位置に形成されていてもよい。外側ディープウェル領域182の底部は、各ディープウェル領域165の底部とほぼ同一平面上に位置していてもよい。
The entire outer deep well region 182 is located on the second main surface 104 side of the SiC semiconductor layer 102 with respect to the bottom wall of each gate trench 142 . The bottom of outer deep well region 182 is located on the second main surface 104 side of SiC semiconductor layer 102 with respect to the bottom wall of each source trench 155 .
The bottom of outer deep well region 182 is located on the second main surface 104 side of SiC semiconductor layer 102 with respect to the bottom of diode region 181 . The bottom of the outer deep well region 182 may be formed at approximately the same depth as the bottom of each deep well region 165 . The bottom of outer deep well region 182 may be substantially flush with the bottom of each deep well region 165 .
外側ディープウェル領域182の底部および外側主面172の間の距離は、各ディープウェル領域165の底部および各ソーストレンチ155の底壁の間の距離とほぼ等しくてもよい。
外側ディープウェル領域182の底部およびSiC半導体層102の第2主面104の間の距離は、各ディープウェル領域165の底部およびSiC半導体層102の第2主面104の間の距離とほぼ等しくてもよい。
The distance between the bottom of outer deep well region 182 and outer major surface 172 may be approximately equal to the distance between the bottom of each deep well region 165 and the bottom wall of each source trench 155 .
The distance between the bottom of outer deep well region 182 and second major surface 104 of SiC semiconductor layer 102 is substantially equal to the distance between the bottom of each deep well region 165 and second major surface 104 of SiC semiconductor layer 102 . good too.
これにより、外側ディープウェル領域182の底部およびSiC半導体層102の第2主面104の間の距離と、各ディープウェル領域165の底部およびSiC半導体層102の第2主面104の間の距離との間で、バラツキが生じるのを抑制できる。
よって、SiC半導体層102の耐圧(たとえば破壊耐量)が、外側ディープウェル領域182の形態および各ディープウェル領域165の形態によって制限を受けることを抑制できるから、耐圧の向上を適切に図ることができる。
Thereby, the distance between the bottom of the outer deep well region 182 and the second main surface 104 of the SiC semiconductor layer 102 and the distance between the bottom of each deep well region 165 and the second main surface 104 of the SiC semiconductor layer 102 It is possible to suppress the occurrence of variations between
Therefore, it is possible to prevent the breakdown voltage (for example, breakdown resistance) of SiC semiconductor layer 102 from being restricted by the configuration of outer deep well region 182 and the configuration of each deep well region 165, so that the breakdown voltage can be appropriately improved. .
外側ディープウェル領域182の底部は、各ディープウェル領域165の底部に対してSiC半導体層102の第2主面104側に位置していてもよい。外側ディープウェル領域182の底部は、各ディープウェル領域165の底部に対して、0μm以上1μm以下の範囲で、SiC半導体層102の第2主面104側に位置していてもよい。
外側ディープウェル領域182の内周縁は、アクティブ領域111および外側領域112の境界領域近傍まで延びていてもよい。外側ディープウェル領域182は、アクティブ領域111および外側領域112の境界領域を横切っていてもよい。
The bottom of outer deep well region 182 may be located on the second main surface 104 side of SiC semiconductor layer 102 with respect to the bottom of each deep well region 165 . The bottom of the outer deep well region 182 may be located on the second main surface 104 side of the SiC semiconductor layer 102 within a range of 0 μm or more and 1 μm or less with respect to the bottom of each deep well region 165 .
The inner peripheral edge of outer deep well region 182 may extend to near the boundary region between active region 111 and outer region 112 . Outer deep well region 182 may traverse the boundary region of active region 111 and outer region 112 .
外側ディープウェル領域182の内周縁は、アクティブ側壁174および外側主面172を接続する角部を被覆していてもよい。外側ディープウェル領域182の内周縁は、さらに、アクティブ側壁174に沿って延び、ボディ領域141に接続されていてもよい。
外側ディープウェル領域182の外周縁は、この形態では、SiC半導体層102の第2主面104側からダイオード領域181を被覆している。外側ディープウェル領域182は、平面視においてソース引き回し配線123と重なっていてもよい。外側ディープウェル領域182の外周縁は、ダイオード領域181からアクティブ側壁174側に間隔を空けて形成されていてもよい。
An inner peripheral edge of the outer deep well region 182 may cover the corner connecting the active sidewall 174 and the outer major surface 172 . The inner peripheral edge of outer deep well region 182 may also extend along active sidewall 174 and connect to body region 141 .
In this embodiment, the outer edge of outer deep well region 182 covers diode region 181 from the second main surface 104 side of SiC semiconductor layer 102 . The outer deep well region 182 may overlap the source lead-out wiring 123 in plan view. The outer edge of the outer deep well region 182 may be spaced from the diode region 181 toward the active sidewall 174 side.
外側ディープウェル領域182のp型不純物濃度は、ダイオード領域181のp型不純物濃度以下であってもよい。外側ディープウェル領域182のp型不純物濃度は、ダイオード領域181のp型不純物濃度未満であってもよい。
外側ディープウェル領域182のp型不純物濃度は、各ディープウェル領域165のp型不純物濃度とほぼ等しくてもよい。外側ディープウェル領域182のp型不純物濃度は、ボディ領域141のp型不純物濃度とほぼ等しくてもよい。
The p-type impurity concentration of the outer deep well region 182 may be less than or equal to the p-type impurity concentration of the diode region 181 . The p-type impurity concentration of the outer deep well region 182 may be less than the p-type impurity concentration of the diode region 181 .
The p-type impurity concentration of outer deep well region 182 may be approximately equal to the p-type impurity concentration of each deep well region 165 . The p-type impurity concentration of outer deep well region 182 may be substantially equal to the p-type impurity concentration of body region 141 .
外側ディープウェル領域182のp型不純物濃度は、ボディ領域141のp型不純物濃度を超えていてもよい。外側ディープウェル領域182のp型不純物濃度は、ボディ領域141のp型不純物濃度未満であってもよい。
外側ディープウェル領域182のp型不純物濃度は、コンタクト領域164のp型不純物濃度以下であってもよい。外側ディープウェル領域182のp型不純物濃度は、コンタクト領域164のp型不純物濃度未満であってもよい。外側ディープウェル領域182のp型不純物濃度は、1.0×1017cm-3以上1.0×1019cm-3以下であってもよい。
The p-type impurity concentration of outer deep well region 182 may exceed the p-type impurity concentration of body region 141 . The p-type impurity concentration of outer deep well region 182 may be less than the p-type impurity concentration of body region 141 .
The p-type impurity concentration of the outer deep well region 182 may be less than or equal to the p-type impurity concentration of the contact region 164 . The p-type impurity concentration of outer deep well region 182 may be less than the p-type impurity concentration of contact region 164 . The p-type impurity concentration of the outer deep well region 182 may be 1.0×10 17 cm −3 or more and 1.0×10 19 cm −3 or less.
フィールドリミット構造183は、平面視においてダイオード領域181およびSiC半導体層102の側面105A~105Dの間の領域に形成されている。フィールドリミット構造183は、この形態では、側面105A~105Dからダイオード領域181側に向けて間隔を空けて形成されている。
フィールドリミット構造183は、1個または複数(たとえば2個以上20個以下)のフィールドリミット領域184を含む。フィールドリミット構造183は、この形態では、複数(5個)のフィールドリミット領域184A,184B,184C,184D,184Eを有するフィールドリミット領域群を含む。
Field limit structure 183 is formed in a region between diode region 181 and side surfaces 105A to 105D of SiC semiconductor layer 102 in plan view. The field limit structures 183 are spaced apart from the side surfaces 105A to 105D toward the diode region 181 side in this embodiment.
Field limit structure 183 includes one or more (eg, 2 to 20) field limit regions 184 . Field limit structure 183, in this form, includes a group of field limit regions having a plurality (five) of field limit regions 184A, 184B, 184C, 184D and 184E.
フィールドリミット領域184A~184Eは、ダイオード領域181から離れる方向に沿って間隔を空けてこの順に形成されている。フィールドリミット領域184A~184Eは、それぞれ、平面視においてアクティブ領域111の周縁に沿って帯状に延びている。
フィールドリミット領域184A~184Eは、より具体的には、平面視においてアクティブ領域111を取り囲む無端状(この形態では四角環状)にそれぞれ形成されている。フィールドリミット領域184A~184Eは、それぞれ、FLR(Field Limiting Ring)領域とも称される。
The field limit regions 184A to 184E are formed in this order at intervals along the direction away from the diode region 181. As shown in FIG. Each of the field limit regions 184A to 184E extends like a strip along the periphery of the active region 111 in plan view.
More specifically, the field limit regions 184A to 184E are each formed in an endless shape (in this form, a square ring shape) surrounding the active region 111 in plan view. The field limit regions 184A to 184E are also called FLR (Field Limiting Ring) regions.
フィールドリミット領域184A~184Eの底部は、この形態では、ダイオード領域181の底部に対してSiC半導体層102の第2主面104側に位置している。
フィールドリミット領域184A~184Eのうち最内側のフィールドリミット領域184Aは、この形態では、SiC半導体層102の第2主面104側からダイオード領域181を被覆している。フィールドリミット領域184Aは、平面視において前述のソース引き回し配線123と重なっていてもよい。
The bottoms of the field limit regions 184A to 184E are located on the second main surface 104 side of the SiC semiconductor layer 102 with respect to the bottom of the diode region 181 in this embodiment.
The innermost field limit region 184A among the field limit regions 184A to 184E covers the diode region 181 from the second main surface 104 side of the SiC semiconductor layer 102 in this embodiment. The field limit region 184A may overlap the aforementioned source lead-out wiring 123 in plan view.
フィールドリミット領域184Aは、ダイオード領域181を介してソース引き回し配線123に電気的に接続されている。フィールドリミット領域184Aは、pn接合ダイオードDpnの一部を形成していてもよい。フィールドリミット領域184Aは、アバランシェ電流吸収構造の一部を形成していてもよい。
フィールドリミット領域184A~184Eの全体は、各ゲートトレンチ142の底壁に対してSiC半導体層102の第2主面104側に位置している。フィールドリミット領域184A~184Eの底部は、各ソーストレンチ155の底壁に対してSiC半導体層102の第2主面104側に位置している。
The field limit region 184A is electrically connected to the source lead-out line 123 via the diode region 181. As shown in FIG. Field limit region 184A may form part of pn junction diode Dpn. Field limit region 184A may form part of an avalanche current absorbing structure.
The entire field limit regions 184A to 184E are located on the second main surface 104 side of the SiC semiconductor layer 102 with respect to the bottom wall of each gate trench 142. As shown in FIG. The bottoms of the field limit regions 184A to 184E are located on the second main surface 104 side of the SiC semiconductor layer 102 with respect to the bottom wall of each source trench 155. As shown in FIG.
フィールドリミット領域184A~184Eは、各ディープウェル領域165(外側ディープウェル領域182)とほぼ等しい深さ位置に形成されていてもよい。フィールドリミット領域184A~184Eの底部は、各ディープウェル領域165(外側ディープウェル領域182)の底部とほぼ同一平面上に位置していてもよい。
フィールドリミット領域184A~184Eの底部は、各ディープウェル領域165(外側ディープウェル領域182)の底部に対して外側主面172側に位置していてもよい。フィールドリミット領域184A~184Eの底部は、各ディープウェル領域165(外側ディープウェル領域182)の底部に対してSiC半導体層102の第2主面104側に位置していてもよい。
The field limit regions 184A-184E may be formed at approximately the same depth as each deep well region 165 (outer deep well region 182). The bottom of the field limit regions 184A-184E may be located substantially flush with the bottom of each deep well region 165 (outer deep well region 182).
The bottoms of the field limit regions 184A-184E may be located on the outer major surface 172 side with respect to the bottom of each deep well region 165 (outer deep well region 182). The bottoms of the field limit regions 184A-184E may be located on the second main surface 104 side of the SiC semiconductor layer 102 with respect to the bottom of each deep well region 165 (outer deep well region 182).
互いに隣り合うフィールドリミット領域184A~184Eの間の幅は、互いに異なっていてもよい。互いに隣り合うフィールドリミット領域184A~184Eの間の幅は、アクティブ領域111から離れる方向に大きくなっていてもよい。互いに隣り合うフィールドリミット領域184A~184Eの間の幅は、アクティブ領域111から離れる方向に小さくなっていてもよい。
The widths between adjacent field limit regions 184A-184E may differ from each other. The width between adjacent field limit regions 184A-184E may increase in the direction away from active region 111. FIG. The width between adjacent field limit regions 184A-184E may decrease in the direction away from active region 111. FIG.
フィールドリミット領域184A~184Eの深さは、互いに異なっていてもよい。フィールドリミット領域184A~184Eの深さは、アクティブ領域111から離れる方向に小さくなっていてもよい。フィールドリミット領域184A~184Eの深さは、アクティブ領域111から離れる方向に大きくなっていてもよい。
フィールドリミット領域184A~184Eのp型不純物濃度は、ダイオード領域181のp型不純物濃度以下であってもよい。フィールドリミット領域184A~184Eのp型不純物濃度は、ダイオード領域181のp型不純物濃度よりも小さくてもよい。
The depths of the field limit regions 184A-184E may differ from each other. The depth of field limit regions 184A-184E may decrease away from active area 111. FIG. The depth of field limit regions 184A-184E may increase in a direction away from active area 111. FIG.
The p-type impurity concentration of the field limit regions 184A-184E may be lower than the p-type impurity concentration of the diode region 181. FIG. The p-type impurity concentration of the field limit regions 184A-184E may be lower than the p-type impurity concentration of the diode region 181. FIG.
フィールドリミット領域184A~184Eのp型不純物濃度は、外側ディープウェル領域182のp型不純物濃度以下であってもよい。フィールドリミット領域184A~184Eのp型不純物濃度は、外側ディープウェル領域182のp型不純物濃度よりも小さくてもよい。
フィールドリミット領域184A~184Eのp型不純物濃度は、外側ディープウェル領域182のp型不純物濃度以上であってもよい。フィールドリミット領域184A~184Eのp型不純物濃度は、外側ディープウェル領域182のp型不純物濃度よりも大きくてもよい。
The p-type impurity concentration of the field limit regions 184A-184E may be less than or equal to the p-type impurity concentration of the outer deep well region 182. FIG. The p-type impurity concentration of the field limit regions 184A-184E may be less than the p-type impurity concentration of the outer deep well region 182. FIG.
The p-type impurity concentration of the field limit regions 184A-184E may be greater than or equal to the p-type impurity concentration of the outer deep well region 182. FIG. The p-type impurity concentration of the field limit regions 184A-184E may be greater than the p-type impurity concentration of the outer deep well region 182. FIG.
フィールドリミット領域184A~184Eのp型不純物濃度は、1.0×1015cm-3以上1.0×1018cm-3以下であってもよい。ダイオード領域181のp型不純物濃度>外側ディープウェル領域182のp型不純物濃度>フィールドリミット領域184A~184Eのp型不純物濃度であることが好ましい。
フィールドリミット構造183は、外側領域112において電界集中を緩和する。フィールドリミット領域184の個数、幅、深さ、p型不純物濃度等は、緩和すべき電界に応じて種々の値を取り得る。
The p-type impurity concentration of the field limit regions 184A to 184E may be 1.0×10 15 cm −3 or more and 1.0×10 18 cm −3 or less. Preferably, the p-type impurity concentration of the diode region 181>the p-type impurity concentration of the outer deep well region 182>the p-type impurity concentration of the field limit regions 184A to 184E.
Field limit structure 183 relieves electric field concentration in outer region 112 . The number, width, depth, p-type impurity concentration, etc. of the field limit regions 184 can take various values according to the electric field to be relaxed.
この形態では、フィールドリミット構造183が、平面視においてダイオード領域181およびSiC半導体層102の側面105A~105Dの間の領域に形成された1つまたは複数のフィールドリミット領域184を含む例について説明した。
しかし、フィールドリミット構造183は、ダイオード領域181およびSiC半導体層102の側面105A~105Dの間の領域に代えて、平面視においてアクティブ側壁174およびダイオード領域181の間の領域に形成された1つまたは複数のフィールドリミット領域184を含んでいてもよい。
In this embodiment, an example has been described in which field limit structure 183 includes one or more field limit regions 184 formed in regions between diode region 181 and side surfaces 105A to 105D of SiC semiconductor layer 102 in plan view.
However, the field limit structure 183 is formed in a region between the active sidewall 174 and the diode region 181 in plan view instead of the region between the diode region 181 and the side surfaces 105A to 105D of the SiC semiconductor layer 102. Multiple field limit regions 184 may be included.
また、フィールドリミット構造183は、平面視においてダイオード領域181およびSiC半導体層102の側面105A~105Dの間の領域に形成された1つまたは複数のフィールドリミット領域184、および、平面視においてアクティブ側壁174およびダイオード領域181の間の領域に形成された1つまたは複数のフィールドリミット領域184を含んでいてもよい。
The field limit structure 183 includes one or more field limit regions 184 formed in regions between the diode region 181 and the side surfaces 105A to 105D of the SiC semiconductor layer 102 in plan view, and active sidewalls 174 in plan view. and one or more field limit regions 184 formed in the region between the diode regions 181 .
外側領域112においてSiC半導体層102の第1主面103の上には、外側絶縁層191が形成されている。外側絶縁層191は、主面絶縁層113の一部を形成している。外側絶縁層191は、主面絶縁層113の絶縁側面114A~114Dの一部を形成している。
外側絶縁層191は、外側領域112においてダイオード領域181、外側ディープウェル領域182およびフィールドリミット構造183を選択的に被覆している。外側絶縁層191は、アクティブ側壁174および外側主面172に沿って膜状に形成されている。外側絶縁層191は、アクティブ主面171の上において、ゲート絶縁層148に連なっている。外側絶縁層191は、より具体的には、ゲート絶縁層148の第3領域148cに連なっている。
An outer insulating layer 191 is formed on first main surface 103 of SiC semiconductor layer 102 in outer region 112 . The outer insulating layer 191 forms part of the main surface insulating layer 113 . The outer insulating layer 191 forms part of the insulating side surfaces 114A to 114D of the main surface insulating layer 113. As shown in FIG.
Outer insulating layer 191 selectively covers diode region 181 , outer deep well region 182 and field limit structure 183 in outer region 112 . The outer insulating layer 191 is formed like a film along the active sidewalls 174 and the outer main surface 172 . The outer insulating layer 191 is continuous with the gate insulating layer 148 over the active main surface 171 . More specifically, the outer insulating layer 191 continues to the third region 148 c of the gate insulating layer 148 .
外側絶縁層191は、酸化シリコンを含んでいてもよい。外側絶縁層191は、窒化シリコン等の他の絶縁膜を含んでいてもよい。外側絶縁層191は、この形態では、ゲート絶縁層148と同一の絶縁材料種によって形成されている。
外側絶縁層191は、第1領域191aおよび第2領域191bを含む。外側絶縁層191の第1領域191aは、アクティブ側壁174を被覆している。外側絶縁層191の第2領域191bは、外側主面172を被覆している。
Outer insulating layer 191 may include silicon oxide. Outer insulating layer 191 may include other insulating films such as silicon nitride. Outer insulating layer 191 is formed of the same insulating material type as gate insulating layer 148 in this embodiment.
The outer insulating layer 191 includes a first region 191a and a second region 191b. A first region 191 a of the outer insulating layer 191 covers the active sidewalls 174 . A second region 191 b of the outer insulating layer 191 covers the outer main surface 172 .
外側絶縁層191の第2領域191bの厚さは、外側絶縁層191の第1領域191aの厚さ以下であってもよい。外側絶縁層191の第2領域191bの厚さは、外側絶縁層191の第1領域191aの厚さ未満であってもよい。
外側絶縁層191の第1領域191aの厚さは、ゲート絶縁層148の第1領域191aの厚さとほぼ等しくてもよい。外側絶縁層191の第2領域191bの厚さは、ゲート絶縁層148の第3領域148cの厚さとほぼ等しくてもよい。むろん、一様な厚さを有する外側絶縁層191が形成されていてもよい。
The thickness of the second region 191b of the outer insulating layer 191 may be less than or equal to the thickness of the first region 191a of the outer insulating layer 191 . The thickness of the second region 191 b of the outer insulating layer 191 may be less than the thickness of the first region 191 a of the outer insulating layer 191 .
The thickness of the first region 191 a of the outer insulating layer 191 may be approximately equal to the thickness of the first region 191 a of the gate insulating layer 148 . The thickness of the second region 191 b of the outer insulating layer 191 may be approximately equal to the thickness of the third region 148 c of the gate insulating layer 148 . Of course, an outer insulating layer 191 having a uniform thickness may be formed.
図22および図23を参照して、SiC半導体装置101は、アクティブ側壁174を被覆するサイドウォール192をさらに含む。サイドウォール192は、アクティブ台地173を外側領域112側から保護し、補強する。
また、サイドウォール192は、アクティブ主面171および外側主面172の間に形成された段差を緩和する段差緩和構造を形成する。アクティブ領域111および外側領域112の間の境界領域を被覆する上層構造(被覆層)が形成される場合、上層構造は、サイドウォール192を被覆する。サイドウォール192は、上層構造の平坦性を高める。
Referring to FIGS. 22 and 23, SiC semiconductor device 101 further includes sidewalls 192 covering active sidewalls 174 . Sidewalls 192 protect and reinforce the active plateau 173 from the outer region 112 side.
Moreover, the sidewalls 192 form a step relief structure that relieves the step formed between the active main surface 171 and the outer main surface 172 . When an overlying structure (covering layer) is formed to cover the boundary area between the active area 111 and the outer area 112 , the overlying structure covers the sidewalls 192 . Sidewalls 192 enhance the planarity of the overlying structure.
サイドウォール192は、アクティブ主面171から外側主面172に向かって下り傾斜した傾斜部193を有していてもよい。傾斜部193によって、段差を適切に緩和できる。
サイドウォール192の傾斜部193は、SiC半導体層102側に向かう凹湾曲状に形成されていてもよい。サイドウォール192の傾斜部193は、SiC半導体層102とは反対側に向かう凸湾曲状に形成されていてもよい。
Sidewall 192 may have a sloped portion 193 that slopes down from active major surface 171 toward outer major surface 172 . The inclined portion 193 can moderate the step appropriately.
The inclined portion 193 of the sidewall 192 may be formed in a concave curved shape toward the SiC semiconductor layer 102 side. The sloped portion 193 of the sidewall 192 may be formed in a convex curve directed toward the side opposite to the SiC semiconductor layer 102 .
サイドウォール192の傾斜部193は、アクティブ主面171側から外側主面172側に向けて平面的に延びていてもよい。サイドウォール192の傾斜部193は、アクティブ主面171側から外側主面172側に向けて直線状に延びていてもよい。
サイドウォール192の傾斜部193は、アクティブ主面171から外側主面172に向かう下り階段状に形成されていてもよい。つまり、サイドウォール192の傾斜部193は、外側主面172側に向かって窪んだ1つまたは複数の段部を有していてもよい。複数の段部は、サイドウォール192の傾斜部193の表面積を増加させ、上層構造に対する密着力を高める。
The inclined portion 193 of the sidewall 192 may extend planarly from the active main surface 171 side toward the outer main surface 172 side. The inclined portion 193 of the sidewall 192 may extend linearly from the active main surface 171 side toward the outer main surface 172 side.
The inclined portion 193 of the sidewall 192 may be formed in a descending step shape from the active main surface 171 toward the outer main surface 172 . That is, the inclined portion 193 of the sidewall 192 may have one or more stepped portions recessed toward the outer main surface 172 side. The plurality of stepped portions increase the surface area of the sloped portion 193 of the sidewall 192 and enhance adhesion to the upper layer structure.
サイドウォール192の傾斜部193は、サイドウォール192の外側に向かって隆起した複数の隆起部を含んでいてもよい。複数の隆起部は、サイドウォール192の傾斜部193の表面積を増加させ、上層構造に対する密着力を高める。
サイドウォール192の傾斜部193は、サイドウォール192の内側に向かって窪んだ複数の窪みを含んでいてもよい。複数の窪みは、サイドウォール192の傾斜部193の表面積を増加させ、上層構造に対する密着力を高める。
The sloped portion 193 of the sidewall 192 may include a plurality of ridges raised outwardly of the sidewall 192 . The multiple ridges increase the surface area of the sloping portion 193 of the sidewall 192 and enhance adhesion to the overlying structure.
The sloping portion 193 of the sidewall 192 may include a plurality of recesses recessed toward the inner side of the sidewall 192 . The plurality of depressions increases the surface area of the sloped portion 193 of the sidewall 192 and enhances adhesion to the overlying structure.
サイドウォール192は、アクティブ主面171に対して自己整合的に形成されている。サイドウォール192は、より具体的には、アクティブ側壁174に沿って形成されている。サイドウォール192は、この形態では、平面視においてアクティブ領域111を取り囲む無端状(この形態では四角環状)に形成されている。
サイドウォール192は、p型不純物が添加されたp型ポリシリコンを含むことが好ましい。この場合、ゲート電極層149やソース電極層157と同時に、サイドウォール192を形成できる。
Sidewalls 192 are formed in self-alignment with active main surface 171 . Sidewalls 192 are more specifically formed along active sidewalls 174 . In this form, the sidewall 192 is formed in an endless shape (in this form, a square ring shape) surrounding the active region 111 in plan view.
Sidewalls 192 preferably include p-type polysilicon doped with p-type impurities. In this case, the sidewalls 192 can be formed simultaneously with the gate electrode layer 149 and the source electrode layer 157 .
サイドウォール192のp型不純物濃度は、ボディ領域141のp型不純物濃度以上である。サイドウォール192のp型不純物濃度は、より具体的には、ボディ領域141のp型不純物濃度よりも大きい。サイドウォール192のp型不純物は、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、インジウム(In)またはガリウム(Ga)のうちの少なくとも1種を含んでいてもよい。
The p-type impurity concentration of the sidewall 192 is higher than the p-type impurity concentration of the body region 141 . The p-type impurity concentration of sidewall 192 is more specifically higher than the p-type impurity concentration of body region 141 . The p-type impurity of sidewall 192 may include at least one of boron (B), aluminum (Al), indium (In), and gallium (Ga).
サイドウォール192のp型不純物濃度は、1×1018cm-3以上1×1022cm-3以下であってもよい。サイドウォール192のシート抵抗は、10Ω/□以上500Ω/□以下(この形態では200Ω/□程度)であってもよい。
サイドウォール192のp型不純物濃度は、ゲート電極層149のp型不純物濃度とほぼ等しくてもよい。サイドウォール192のシート抵抗は、ゲート電極層149のシート抵抗とほぼ等しくてもよい。
The sidewall 192 may have a p-type impurity concentration of 1×10 18 cm −3 or more and 1×10 22 cm −3 or less. The sheet resistance of the sidewall 192 may be 10 Ω/□ or more and 500 Ω/□ or less (about 200 Ω/□ in this embodiment).
The p-type impurity concentration of sidewall 192 may be substantially equal to the p-type impurity concentration of gate electrode layer 149 . The sheet resistance of sidewalls 192 may be approximately equal to the sheet resistance of gate electrode layer 149 .
サイドウォール192は、p型ポリシリコンに代えてまたはこれに加えて、n型ポリシリコンを含んでいてもよい。サイドウォール192は、p型ポリシリコンに代えてまたはこれに加えて、タングステン、アルミニウム、銅、アルミニウム合金または銅合金のうちの少なくとも1種を含んでいてもよい。
サイドウォール192は、絶縁材料を含んでいてもよい。この場合、サイドウォール192によって外側領域112に対するアクティブ領域111の絶縁性を高めることができる。
Sidewalls 192 may include n-type polysilicon instead of or in addition to p-type polysilicon. Sidewalls 192 may contain at least one of tungsten, aluminum, copper, an aluminum alloy, or a copper alloy instead of or in addition to p-type polysilicon.
Sidewalls 192 may include an insulating material. In this case, sidewalls 192 can increase the insulation of active region 111 from outer region 112 .
図19~図23を参照して、SiC半導体層102の第1主面103の上には、層間絶縁層201が形成されている。層間絶縁層201は、主面絶縁層113の一部を形成している。層間絶縁層201は、主面絶縁層113の絶縁側面114A~114Dの一部を形成している。主面絶縁層113は、ゲート絶縁層148(外側絶縁層191)および層間絶縁層201を含む積層構造を有している。
19 to 23, interlayer insulating layer 201 is formed on first main surface 103 of SiC semiconductor layer 102. Referring to FIGS. Interlayer insulating layer 201 forms part of main surface insulating layer 113 . Interlayer insulating layer 201 forms part of insulating side surfaces 114 A to 114 D of main surface insulating layer 113 . Principal surface insulating layer 113 has a laminated structure including gate insulating layer 148 (outer insulating layer 191 ) and interlayer insulating layer 201 .
層間絶縁層201は、アクティブ領域111および外側領域112を選択的に被覆している。層間絶縁層201は、より具体的には、ゲート絶縁層148の第3領域148cおよび外側絶縁層191を選択的に被覆している。
層間絶縁層201は、アクティブ主面171および外側主面172に沿って膜状に形成されている。層間絶縁層201は、アクティブ領域111においてトレンチゲート構造161、ゲート配線層150およびトレンチソース構造162を選択的に被覆している。層間絶縁層201は、外側領域112においてダイオード領域181、外側ディープウェル領域182およびフィールドリミット構造183を選択的に被覆している。
An interlayer insulating layer 201 selectively covers the active area 111 and the outer area 112 . More specifically, the interlayer insulating layer 201 selectively covers the third region 148 c of the gate insulating layer 148 and the outer insulating layer 191 .
Interlayer insulating layer 201 is formed in a film shape along active main surface 171 and outer main surface 172 . Interlayer insulating layer 201 selectively covers trench gate structure 161 , gate wiring layer 150 and trench source structure 162 in active region 111 . Interlevel dielectric layer 201 selectively covers diode region 181 , outer deep well region 182 and field limit structure 183 in outer region 112 .
層間絶縁層201は、アクティブ領域111および外側領域112の間の境界領域において、サイドウォール192の外面(傾斜部193)に沿って形成されている。層間絶縁層201は、サイドウォール192を被覆する上層構造の一部を形成している。
層間絶縁層201は、酸化シリコンまたは窒化シリコンを含んでいてもよい。層間絶縁層201は、酸化シリコンの一例としてのPSG(Phosphor Silicate Glass)および/またはBPSG(Boron Phosphor Silicate Glass)を含んでいてもよい。
Interlayer insulating layer 201 is formed along the outer surface (inclined portion 193 ) of sidewall 192 in the boundary region between active region 111 and outer region 112 . The interlayer insulating layer 201 forms part of the upper layer structure covering the sidewalls 192 .
Interlayer insulating layer 201 may contain silicon oxide or silicon nitride. The interlayer insulating layer 201 may contain PSG (Phosphor Silicate Glass) and/or BPSG (Boron Phosphor Silicate Glass) as an example of silicon oxide.
層間絶縁層201は、SiC半導体層102の第1主面103側からこの順に積層されたPSG層およびBPSG層を含む積層構造を有していてもよい。層間絶縁層201は、SiC半導体層102の第1主面103側からこの順に積層されたBPSG層およびPSG層を含む積層構造を有していてもよい。
層間絶縁層201には、ゲートコンタクト孔202、ソースコンタクト孔203およびダイオードコンタクト孔204が形成されている。また、層間絶縁層201には、アンカー孔205が形成されている。
Interlayer insulating layer 201 may have a laminated structure including a PSG layer and a BPSG layer laminated in this order from the first main surface 103 side of SiC semiconductor layer 102 . Interlayer insulating layer 201 may have a laminated structure including a BPSG layer and a PSG layer laminated in this order from the first main surface 103 side of SiC semiconductor layer 102 .
A gate contact hole 202 , a source contact hole 203 and a diode contact hole 204 are formed in the interlayer insulating layer 201 . Anchor holes 205 are formed in the interlayer insulating layer 201 .
ゲートコンタクト孔202は、アクティブ領域111において、ゲート配線層150を露出させている。ゲートコンタクト孔202は、ゲート配線層150に沿う帯状に形成されていてもよい。ゲートコンタクト孔202の開口エッジ部は、ゲートコンタクト孔202内に向かう凸湾曲状に形成されている。
ソースコンタクト孔203は、アクティブ領域111において、ソース領域163、コンタクト領域164およびトレンチソース構造162を露出させている。ソースコンタクト孔203は、トレンチソース構造162等に沿う帯状に形成されていてもよい。ソースコンタクト孔203の開口エッジ部は、ソースコンタクト孔203内に向かう凸湾曲状に形成されている。
Gate contact hole 202 exposes gate wiring layer 150 in active region 111 . The gate contact hole 202 may be formed in a strip shape along the gate wiring layer 150 . An opening edge portion of the gate contact hole 202 is formed in a convex curve toward the inside of the gate contact hole 202 .
Source contact hole 203 exposes source region 163 , contact region 164 and trench source structure 162 in active area 111 . The source contact hole 203 may be formed in a strip shape along the trench source structure 162 or the like. An opening edge portion of the source contact hole 203 is formed in a convex curve toward the inside of the source contact hole 203 .
ダイオードコンタクト孔204は、外側領域112において、ダイオード領域181を露出させている。ダイオードコンタクト孔204は、ダイオード領域181に沿って延びる帯状(より具体的には無端状)に形成されていてもよい。
ダイオードコンタクト孔204は、外側ディープウェル領域182および/またはフィールドリミット構造183を露出させていてもよい。ダイオードコンタクト孔204の開口エッジ部は、ダイオードコンタクト孔204内に向かう凸湾曲状に形成されている。
Diode contact hole 204 exposes diode region 181 in outer region 112 . Diode contact hole 204 may be formed in a strip shape (more specifically, endless) extending along diode region 181 .
Diode contact holes 204 may expose outer deep well regions 182 and/or field limit structures 183 . An opening edge portion of the diode contact hole 204 is formed in a convex curved shape toward the inside of the diode contact hole 204 .
アンカー孔205は、外側領域112において、層間絶縁層201を掘り下げることによって形成されている。アンカー孔205は、平面視においてダイオード領域181およびSiC半導体層102の側面105A~105Dの間の領域に形成されている。アンカー孔205は、より具体的には、平面視においてフィールドリミット構造183およびSiC半導体層102の側面105A~105Dの間の領域に形成されている。
Anchor hole 205 is formed by digging down interlayer insulating layer 201 in outer region 112 . Anchor hole 205 is formed in a region between diode region 181 and side surfaces 105A to 105D of SiC semiconductor layer 102 in plan view. More specifically, anchor hole 205 is formed in a region between field limit structure 183 and side surfaces 105A to 105D of SiC semiconductor layer 102 in plan view.
アンカー孔205は、SiC半導体層102の第1主面103(外側主面172)を露出させている。アンカー孔205の開口エッジ部は、アンカー孔205内に向かう凸湾曲状に形成されている。
図17を参照して、アンカー孔205は、平面視においてアクティブ領域111に沿って帯状に延びている。アンカー孔205は、この形態では、平面視においてアクティブ領域111を取り囲む無端状(この形態では四角環状)に形成されている。
Anchor hole 205 exposes first main surface 103 (outer main surface 172 ) of SiC semiconductor layer 102 . An opening edge portion of the anchor hole 205 is formed in a convex curve toward the inside of the anchor hole 205 .
Referring to FIG. 17, anchor hole 205 extends in a belt shape along active region 111 in plan view. In this form, the anchor hole 205 is formed in an endless shape (in this form, a square ring shape) surrounding the active region 111 in plan view.
この形態では、層間絶縁層201において外側領域112を被覆する部分に、1つのアンカー孔205が形成されている。しかし、層間絶縁層201において外側領域112を被覆する部分に、複数のアンカー孔205が形成されていてもよい。
層間絶縁層201の上には、主面ゲート電極層115および主面ソース電極層121が形成されている。主面ゲート電極層115および主面ソース電極層121は、それぞれ、SiC半導体層102の第1主面103側からこの順に積層されたバリア電極層206および主電極層207を含む積層構造を有している。
In this embodiment, one anchor hole 205 is formed in a portion of interlayer insulating layer 201 covering outer region 112 . However, a plurality of anchor holes 205 may be formed in a portion of interlayer insulating layer 201 covering outer region 112 .
Main surface gate electrode layer 115 and main surface source electrode layer 121 are formed on interlayer insulating layer 201 . Main-surface gate electrode layer 115 and main-surface source electrode layer 121 each have a laminated structure including barrier electrode layer 206 and main electrode layer 207 laminated in this order from the first main surface 103 side of SiC semiconductor layer 102 . ing.
バリア電極層206は、チタン層または窒化チタン層を含む単層構造を有していてもよい。バリア電極層206は、SiC半導体層102の第1主面103側からこの順に積層されたチタン層および窒化チタン層を含む積層構造を有していてもよい。
主電極層207の厚さは、バリア電極層206の厚さよりも大きい。主電極層207は、バリア電極層206の抵抗値よりも小さい抵抗値を有する導電材料を含む。主電極層207は、アルミニウム、銅、アルミニウム合金または銅合金のうちの少なくとも1つを含んでいてもよい。
The barrier electrode layer 206 may have a single layer structure including a titanium layer or a titanium nitride layer. Barrier electrode layer 206 may have a laminated structure including a titanium layer and a titanium nitride layer laminated in this order from the first main surface 103 side of SiC semiconductor layer 102 .
The thickness of the main electrode layer 207 is greater than the thickness of the barrier electrode layer 206 . The main electrode layer 207 contains a conductive material having a resistance value smaller than that of the barrier electrode layer 206 . Main electrode layer 207 may include at least one of aluminum, copper, an aluminum alloy, or a copper alloy.
主電極層207は、アルミニウム-シリコン合金、アルミニウム-シリコン-銅合金またはアルミニウム-銅合金のうちの少なくとも1つを含んでいてもよい。主電極層207は、この形態では、アルミニウム-シリコン-銅合金を含む。
主面ゲート電極層115のうちの外側ゲートフィンガー117は、層間絶縁層201の上からゲートコンタクト孔202に入り込んでいる。外側ゲートフィンガー117は、ゲートコンタクト孔202内において、ゲート配線層150に電気的に接続されている。これにより、ゲートパッド116からの電気信号は、外側ゲートフィンガー117を介してゲート電極層149に伝達される。
The main electrode layer 207 may include at least one of an aluminum-silicon alloy, an aluminum-silicon-copper alloy, or an aluminum-copper alloy. The main electrode layer 207, in this form, comprises an aluminum-silicon-copper alloy.
Outer gate fingers 117 of main surface gate electrode layer 115 enter gate contact hole 202 from above interlayer insulating layer 201 . The outer gate finger 117 is electrically connected to the gate wiring layer 150 within the gate contact hole 202 . Thereby, an electrical signal from gate pad 116 is transmitted to gate electrode layer 149 through outer gate finger 117 .
主面ソース電極層121のうちのソースパッド122は、層間絶縁層201の上からソースコンタクト孔203およびソースサブトレンチ168に入り込んでいる。ソースパッド122は、ソースコンタクト孔203およびソースサブトレンチ168内において、ソース領域163、コンタクト領域164およびソース電極層157に電気的に接続されている。
Source pad 122 of main surface source electrode layer 121 enters source contact hole 203 and source sub-trench 168 from above interlayer insulating layer 201 . Source pad 122 is electrically connected to source region 163 , contact region 164 and source electrode layer 157 in source contact hole 203 and source sub-trench 168 .
ソース電極層157は、ソースパッド122の一部の領域を利用して形成されていてもよい。ソース電極層157は、ソースパッド122において各ソーストレンチ155に入り込んだ部分によって形成されていてもよい。
主面ソース電極層121のうちのソース引き回し配線123は、層間絶縁層201の上からダイオードコンタクト孔204に入り込んでいる。ソース引き回し配線123は、ダイオードコンタクト孔204内において、ダイオード領域181に電気的に接続されている。
Source electrode layer 157 may be formed using a partial region of source pad 122 . The source electrode layer 157 may be formed by a portion of the source pad 122 extending into each source trench 155 .
Source lead-out wiring 123 in main surface source electrode layer 121 enters diode contact hole 204 from above interlayer insulating layer 201 . The source lead-out wiring 123 is electrically connected to the diode region 181 inside the diode contact hole 204 .
主面ソース電極層121のうちのソース接続部124は、アクティブ領域111からサイドウォール192を横切って外側領域112に引き出されている。ソース接続部124は、サイドウォール192を被覆する上層構造の一部を形成している。
層間絶縁層201の上には、前述のパッシベーション層125が形成されている。パッシベーション層125は、層間絶縁層201に沿って膜状に形成されている。パッシベーション層125は、層間絶縁層201を介して、アクティブ領域111および外側領域112を選択的に被覆している。
Source connection portion 124 of main-surface source electrode layer 121 extends from active region 111 across sidewall 192 to outer region 112 . Source connection 124 forms part of an overlying structure covering sidewall 192 .
The passivation layer 125 described above is formed on the interlayer insulating layer 201 . Passivation layer 125 is formed in a film shape along interlayer insulating layer 201 . Passivation layer 125 selectively covers active region 111 and outer region 112 via interlayer insulating layer 201 .
パッシベーション層125は、アクティブ領域111からサイドウォール192を横切って外側領域112に引き出されている。パッシベーション層125は、サイドウォール192を被覆する上層構造の一部を形成している。
図22を参照して、パッシベーション層125は、外側領域112において、層間絶縁層201の上からアンカー孔205に入り込んでいる。パッシベーション層125は、アンカー孔205内において、SiC半導体層102の第1主面103(外側主面172)に接続されている。パッシベーション層125の外面においてアンカー孔205の上に位置する領域には、アンカー孔205に倣って窪んだリセス211が形成されている。
Passivation layer 125 extends from active region 111 across sidewall 192 to outer region 112 . Passivation layer 125 forms part of the overlying structure covering sidewall 192 .
Referring to FIG. 22, passivation layer 125 extends into anchor hole 205 from above interlayer insulating layer 201 in outer region 112 . Passivation layer 125 is connected to first main surface 103 (outer main surface 172 ) of SiC semiconductor layer 102 in anchor hole 205 . A recess 211 is formed along the anchor hole 205 in a region located above the anchor hole 205 on the outer surface of the passivation layer 125 .
パッシベーション層125の上には、前述の樹脂層129が形成されている。樹脂層129は、パッシベーション層125に沿って膜状に形成されている。樹脂層129は、パッシベーション層125および層間絶縁層201を挟んで、アクティブ領域111および外側領域112を選択的に被覆している。
樹脂層129は、アクティブ領域111からサイドウォール192を横切って外側領域112に引き出されている。樹脂層129は、サイドウォール192を被覆する上層構造の一部を形成している。
The resin layer 129 described above is formed on the passivation layer 125 . The resin layer 129 is formed like a film along the passivation layer 125 . Resin layer 129 selectively covers active region 111 and outer region 112 with passivation layer 125 and interlayer insulating layer 201 interposed therebetween.
Resin layer 129 extends from active region 111 across sidewall 192 to outer region 112 . The resin layer 129 forms part of the upper structure covering the sidewall 192 .
図22を参照して、樹脂層129は、外側領域112においてパッシベーション層125のリセス211に入り込んだアンカー部を有している。このように、外側領域112には、樹脂層129の接続強度を高めるためのアンカー構造が形成されている。
アンカー構造は、外側領域112においてSiC半導体層102の第1主面103に形成された凹凸構造(Uneven Structure)を含む。凹凸構造(アンカー構造)は、より具体的には、外側主面172を被覆する層間絶縁層201を利用して形成された凹凸を含む。さらに具体的には、凹凸構造(アンカー構造)は、層間絶縁層201に形成されたアンカー孔205を含む。
Referring to FIG. 22, resin layer 129 has an anchor portion that enters recess 211 of passivation layer 125 in outer region 112 . Thus, an anchor structure is formed in the outer region 112 to increase the connection strength of the resin layer 129 .
The anchor structure includes an uneven structure formed on first main surface 103 of SiC semiconductor layer 102 in outer region 112 . The uneven structure (anchor structure) more specifically includes unevenness formed using the interlayer insulating layer 201 covering the outer main surface 172 . More specifically, the uneven structure (anchor structure) includes anchor holes 205 formed in the interlayer insulating layer 201 .
樹脂層129は、このアンカー孔205に噛合っている。樹脂層129は、この形態では、パッシベーション層125を介してアンカー孔205に噛合っている。これにより、SiC半導体層102の第1主面103に対する樹脂層129の接続強度を高めることができるから、樹脂層129の剥離を抑制できる。
以上、SiC半導体装置101によってもSiC半導体装置1に対して述べた効果と同様の効果を奏することができる。また、SiC半導体装置101によれば、SiC半導体層102およびディープウェル領域165の間の境界領域(pn接合部)から、ゲートトレンチ142の底壁に対してSiC半導体層102の第2主面104側の領域に向けて空乏層を拡げることができる。
The resin layer 129 meshes with this anchor hole 205 . The resin layer 129 meshes with the anchor hole 205 via the passivation layer 125 in this form. As a result, the connection strength of the resin layer 129 to the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102 can be increased, so that peeling of the resin layer 129 can be suppressed.
As described above, SiC semiconductor device 101 can also achieve the same effects as those described for SiC semiconductor device 1 . According to SiC semiconductor device 101 , second main surface 104 of SiC semiconductor layer 102 extends from the boundary region (pn junction) between SiC semiconductor layer 102 and deep well region 165 to the bottom wall of gate trench 142 . The depletion layer can extend toward the region on the side.
これにより、主面ソース電極層121およびドレイン電極層133の間を流れる短絡電流の電流経路を狭めることができる。また、SiC半導体層102およびディープウェル領域165の境界領域から拡がる空乏層により、帰還容量Crssを反比例的に低減できる。よって、短絡耐量を向上し、帰還容量Crssを低減できるSiC半導体装置101を提供できる。
Thereby, the current path of the short-circuit current flowing between the main surface source electrode layer 121 and the drain electrode layer 133 can be narrowed. Further, the depletion layer extending from the boundary region between the SiC semiconductor layer 102 and the deep well region 165 can reduce the feedback capacitance Crss inversely. Therefore, it is possible to provide the SiC semiconductor device 101 capable of improving the short-circuit resistance and reducing the feedback capacitance Crss.
SiC半導体層102およびディープウェル領域165の間の境界領域(pn接合部)から拡がる空乏層は、ゲートトレンチ142の底壁にオーバラップしてもよい。この場合、ディープウェル領域165の底部から拡がる空乏層が、ゲートトレンチ142の底壁にオーバラップしてもよい。
また、SiC半導体装置101によれば、SiC半導体層102において空乏層が占める領域を増加させることができるから、帰還容量Crssを反比例的に低減できる。帰還容量Crssは、ゲート電極層149およびドレイン電極層133の間の静電容量である。
A depletion layer extending from a boundary region (pn junction) between SiC semiconductor layer 102 and deep well region 165 may overlap the bottom wall of gate trench 142 . In this case, the depletion layer extending from the bottom of deep well region 165 may overlap the bottom wall of gate trench 142 .
Further, according to the SiC semiconductor device 101, the region occupied by the depletion layer in the SiC semiconductor layer 102 can be increased, so the feedback capacitance Crss can be reduced in inverse proportion. A feedback capacitance Crss is a capacitance between the gate electrode layer 149 and the drain electrode layer 133 .
また、SiC半導体装置101によれば、各ディープウェル領域165の底部およびSiC半導体層102の第2主面104の間の距離は、ほぼ一定である。これにより、各ディープウェル領域165の底部およびSiC半導体層102の第2主面104の間の距離にバラツキが生じるのを抑制できる。
よって、SiC半導体層102の耐圧(たとえば破壊耐量)が、ディープウェル領域165の形態によって制限を受けることを抑制できるから、耐圧の向上を適切に図ることができる。
Further, according to SiC semiconductor device 101, the distance between the bottom of each deep well region 165 and second main surface 104 of SiC semiconductor layer 102 is substantially constant. This can suppress variation in the distance between the bottom of each deep well region 165 and the second main surface 104 of the SiC semiconductor layer 102 .
Therefore, the breakdown voltage (for example, breakdown resistance) of SiC semiconductor layer 102 can be suppressed from being restricted by the form of deep well region 165, so that the breakdown voltage can be appropriately improved.
また、SiC半導体装置101によれば、外側領域112にダイオード領域181が形成されている。このダイオード領域181は、主面ソース電極層121に電気的に接続されている。これにより、外側領域112で生じたアバランシェ電流を、ダイオード領域181を介して主面ソース電極層121に流し込むことができる。
つまり、外側領域112で生じたアバランシェ電流を、ダイオード領域181および主面ソース電極層121によって吸収できる。その結果、MISFETの動作の安定性を高めることができる。
Further, according to SiC semiconductor device 101 , diode region 181 is formed in outer region 112 . Diode region 181 is electrically connected to main surface source electrode layer 121 . Thereby, the avalanche current generated in outer region 112 can flow into main surface source electrode layer 121 via diode region 181 .
That is, the avalanche current generated in outer region 112 can be absorbed by diode region 181 and main surface source electrode layer 121 . As a result, it is possible to improve the stability of the operation of the MISFET.
また、SiC半導体装置101によれば、外側領域112に外側ディープウェル領域182が形成されている。これにより、外側領域112において、SiC半導体層102の耐圧を調整できる。
特に、SiC半導体装置101によれば、外側ディープウェル領域182は、ディープウェル領域165とほぼ等しい深さ位置に形成されている。より具体的には、外側ディープウェル領域182の底部は、ディープウェル領域165の底部とほぼ同一平面上に位置している。
Further, according to SiC semiconductor device 101 , outer deep well region 182 is formed in outer region 112 . Thereby, the breakdown voltage of the SiC semiconductor layer 102 can be adjusted in the outer region 112 .
In particular, according to SiC semiconductor device 101 , outer deep well region 182 is formed at a depth position substantially equal to deep well region 165 . More specifically, the bottom of outer deep well region 182 is substantially flush with the bottom of deep well region 165 .
外側ディープウェル領域182の底部およびSiC半導体層102の第2主面104の間の距離は、ディープウェル領域165の底部およびSiC半導体層102の第2主面104の間の距離とほぼ等しい。
これにより、外側ディープウェル領域182の底部およびSiC半導体層102の第2主面104の間の距離と、ディープウェル領域165の底部およびSiC半導体層102の第2主面104の間の距離との間で、バラツキが生じるのを抑制できる。
The distance between the bottom of outer deep well region 182 and second major surface 104 of SiC semiconductor layer 102 is approximately equal to the distance between the bottom of deep well region 165 and second major surface 104 of SiC semiconductor layer 102 .
This reduces the distance between the bottom of outer deep well region 182 and second main surface 104 of SiC semiconductor layer 102 and the distance between the bottom of deep well region 165 and second main surface 104 of SiC semiconductor layer 102 . In between, it is possible to suppress the occurrence of variations.
よって、SiC半導体層102の耐圧(たとえば破壊耐量)が、外側ディープウェル領域182の形態およびディープウェル領域165の形態によって制限を受けることを抑制できる。その結果、耐圧の向上を適切に図ることができる。
特に、SiC半導体装置101では、外側領域112をアクティブ領域111に対してSiC半導体層102の第2主面104側の領域に形成している。これにより、外側ディープウェル領域182の底部の位置を、適切に、ディープウェル領域165の底部の位置に近づけることができる。
Therefore, it is possible to prevent the breakdown voltage (for example, breakdown resistance) of SiC semiconductor layer 102 from being restricted by the form of outer deep well region 182 and the form of deep well region 165 . As a result, it is possible to appropriately improve the breakdown voltage.
In particular, in SiC semiconductor device 101 , outer region 112 is formed in a region on the second main surface 104 side of SiC semiconductor layer 102 with respect to active region 111 . Thereby, the position of the bottom of the outer deep well region 182 can be appropriately brought closer to the position of the bottom of the deep well region 165 .
つまり、外側ディープウェル領域182の形成時において、SiC半導体層102の第1主面103の表層部の比較的深い位置にp型不純物を導入する必要がなくなる。したがって、ディープウェル領域165の底部の位置に対して外側ディープウェル領域182の底部の位置が大きくずれ込むことを、適切に抑制できる。
しかも、SiC半導体装置101では、外側領域112の外側主面172が、ソーストレンチ155の底壁とほぼ同一平面上に位置している。これにより、等しいエネルギによってソーストレンチ155の底壁および外側領域112の外側主面172に対してp型不純物を導入する場合には、ディープウェル領域165および外側ディープウェル領域182をほぼ等しい深さ位置に形成できる。
That is, when forming outer deep well region 182 , it is not necessary to introduce a p-type impurity into a relatively deep position in the surface layer portion of first main surface 103 of SiC semiconductor layer 102 . Therefore, it is possible to appropriately prevent the position of the bottom of the outer deep well region 182 from greatly deviating from the position of the bottom of the deep well region 165 .
Moreover, in SiC semiconductor device 101 , outer main surface 172 of outer region 112 is positioned substantially flush with the bottom wall of source trench 155 . Thus, when p-type impurities are introduced into the bottom wall of source trench 155 and outer main surface 172 of outer region 112 with equal energy, deep well region 165 and outer deep well region 182 are positioned at approximately equal depths. can be formed to
その結果、ディープウェル領域165の底部の位置に対して外側ディープウェル領域182の底部の位置が大きくずれ込むことを、より一層適切に抑制できる。
また、SiC半導体装置101によれば、外側領域112にフィールドリミット構造183が形成されている。これにより、外側領域112において、フィールドリミット構造183による電界緩和効果を得ることができる。よって、SiC半導体層102の破壊耐量を適切に向上できる。
As a result, it is possible to more appropriately prevent the position of the bottom of the outer deep well region 182 from greatly deviating from the position of the bottom of the deep well region 165 .
Further, according to SiC semiconductor device 101 , field limit structure 183 is formed in outer region 112 . Thereby, in the outer region 112, an electric field relaxation effect by the field limit structure 183 can be obtained. Therefore, the breakdown resistance of the SiC semiconductor layer 102 can be appropriately improved.
また、SiC半導体装置101によれば、アクティブ領域111が、台地状のアクティブ台地173として形成されている。アクティブ台地173は、アクティブ領域111のアクティブ主面171および外側領域112の外側主面172を接続するアクティブ側壁174を含む。
アクティブ主面171および外側主面172の間の領域には、アクティブ主面171および外側主面172の間の段差を緩和する段差緩和構造が形成されている。段差緩和構造は、サイドウォール192を含む。
Further, according to the SiC semiconductor device 101 , the active region 111 is formed as a plateau-shaped active plateau 173 . Active plateau 173 includes active sidewalls 174 that connect active major surface 171 of active area 111 and outer major surface 172 of outer area 112 .
In the region between the active main surface 171 and the outer main surface 172, a step relief structure is formed to reduce the step between the active main surface 171 and the outer main surface 172. FIG. The step relief structure includes sidewalls 192 .
これにより、アクティブ主面171および外側主面172の間の段差を適切に緩和できる。よって、サイドウォール192の上に形成される上層構造の平坦性を適切に高めることができる。SiC半導体装置101では、上層構造の一例として、層間絶縁層201、主面ソース電極層121、パッシベーション層125および樹脂層129が形成されている。
Thereby, the step between the active main surface 171 and the outer main surface 172 can be moderated appropriately. Therefore, the flatness of the upper layer structure formed on the sidewall 192 can be appropriately improved. In SiC semiconductor device 101, interlayer insulating layer 201, main surface source electrode layer 121, passivation layer 125 and resin layer 129 are formed as an example of an upper layer structure.
また、SiC半導体装置101によれば、外側領域112において、樹脂層129の接続強度を高めるためのアンカー構造が形成されている。アンカー構造は、外側領域112においてSiC半導体層102の第1主面103に形成された凹凸構造(Uneven Structure)を含む。
凹凸構造(アンカー構造)は、より具体的には、外側領域112においてSiC半導体層102の第1主面103に形成された層間絶縁層201を利用して形成された凹凸を含む。さらに具体的には、凹凸構造(アンカー構造)は、層間絶縁層201に形成されたアンカー孔205を含む。
Further, according to SiC semiconductor device 101 , an anchor structure is formed in outer region 112 to increase the connection strength of resin layer 129 . The anchor structure includes an uneven structure formed on first main surface 103 of SiC semiconductor layer 102 in outer region 112 .
The uneven structure (anchor structure) more specifically includes unevenness formed using interlayer insulating layer 201 formed on first main surface 103 of SiC semiconductor layer 102 in outer region 112 . More specifically, the uneven structure (anchor structure) includes anchor holes 205 formed in the interlayer insulating layer 201 .
樹脂層129は、このアンカー孔205に噛合っている。樹脂層129は、この形態では、パッシベーション層125を介して、アンカー孔205に噛合っている。これにより、SiC半導体層102の第1主面103に対する樹脂層129の接続強度を高めることができるから、樹脂層129の剥離を適切に抑制できる。
また、SiC半導体装置101によれば、ゲートトレンチ142にゲート絶縁層148を挟んでゲート電極層149が埋め込まれたトレンチゲート構造161が形成されている。このトレンチゲート構造161では、ゲート電極層149が、ゲートトレンチ142という限られたスペースにおいて低抵抗電極層167によって被覆されている。このような構造によれば、図24を用いて説明される効果を奏することができる。
The resin layer 129 meshes with this anchor hole 205 . The resin layer 129 meshes with the anchor hole 205 via the passivation layer 125 in this form. As a result, the connection strength of the resin layer 129 to the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102 can be increased, so that peeling of the resin layer 129 can be suppressed appropriately.
Further, according to the SiC semiconductor device 101, the trench gate structure 161 is formed in which the gate electrode layer 149 is embedded in the gate trench 142 with the gate insulating layer 148 interposed therebetween. In this trench gate structure 161 , the gate electrode layer 149 is covered with a low resistance electrode layer 167 in the limited space of the gate trench 142 . According to such a structure, it is possible to obtain the effects described with reference to FIG. 24 .
図24は、ゲートトレンチ142内のシート抵抗を説明するためのグラフである。図24において縦軸はシート抵抗[Ω/□]を表しており、横軸は項目を表している。図24には、第1棒グラフBL1、第2棒グラフBL2および第3棒グラフBL3が示されている。
第1棒グラフBL1は、n型ポリシリコンが埋め込まれたゲートトレンチ142内のシート抵抗を表している。第2棒グラフBL2は、p型ポリシリコンが埋め込まれたゲートトレンチ142内のシート抵抗を表している。
FIG. 24 is a graph for explaining the sheet resistance within the gate trench 142. As shown in FIG. In FIG. 24, the vertical axis represents sheet resistance [Ω/□], and the horizontal axis represents items. FIG. 24 shows a first bar graph BL1, a second bar graph BL2 and a third bar graph BL3.
A first bar graph BL1 represents the sheet resistance in the gate trench 142 filled with n-type polysilicon. A second bar graph BL2 represents the sheet resistance in the gate trench 142 filled with p-type polysilicon.
第3棒グラフBL3は、ゲート電極層149(p型ポリシリコン)および低抵抗電極層167が埋め込まれたゲートトレンチ142内のシート抵抗を表している。ここでは、ポリサイド(シリサイド)の一例としてのTiSi2(p型チタンシリサイド)からなる低抵抗電極層167が形成された場合について説明する。
第1棒グラフBL1を参照して、n型ポリシリコンが埋め込まれたゲートトレンチ142内のシート抵抗は、10Ω/□であった。第2棒グラフBL2を参照して、p型ポリシリコンが埋め込まれたゲートトレンチ142内のシート抵抗は、200Ω/□であった。第3棒グラフBL3を参照して、ゲート電極層149(p型ポリシリコン)および低抵抗電極層167が埋め込まれたゲートトレンチ142内のシート抵抗は、2Ω/□であった。
A third bar graph BL3 represents the sheet resistance in the gate trench 142 in which the gate electrode layer 149 (p-type polysilicon) and the low resistance electrode layer 167 are buried. Here, the case where the low-resistance electrode layer 167 made of TiSi 2 (p-type titanium silicide) as an example of polycide (silicide) is formed will be described.
Referring to the first bar graph BL1, the sheet resistance in the gate trench 142 filled with n-type polysilicon was 10Ω/□. Referring to the second bar graph BL2, the sheet resistance in the gate trench 142 filled with p-type polysilicon was 200Ω/□. Referring to the third bar graph BL3, the sheet resistance within the gate trench 142 in which the gate electrode layer 149 (p-type polysilicon) and the low-resistance electrode layer 167 were buried was 2Ω/□.
p型ポリシリコンは、n型ポリシリコンとは相異なる仕事関数を有している。p型ポリシリコンがゲートトレンチ142に埋め込まれた構造によれば、ゲート閾値電圧Vthを1V程度増加させることができる。
しかし、p型ポリシリコンは、n型ポリシリコンのシート抵抗よりも数十倍(ここでは20倍)高いシート抵抗を有している。そのため、ゲート電極層149の材料としてp型ポリシリコンを採用した場合、ゲートトレンチ142内の寄生抵抗(以下、単に「ゲート抵抗」という。)の増加に伴ってエネルギ損失が著しく増大する。
P-type polysilicon has a different work function than n-type polysilicon. According to the structure in which the p-type polysilicon is buried in the gate trench 142, the gate threshold voltage Vth can be increased by about 1V.
However, p-type polysilicon has a sheet resistance that is several tens of times (here, 20 times) higher than that of n-type polysilicon. Therefore, when p-type polysilicon is used as the material of gate electrode layer 149, the energy loss remarkably increases as the parasitic resistance in gate trench 142 (hereinafter simply referred to as "gate resistance") increases.
これに対して、ゲート電極層149(p型ポリシリコン)の上に低抵抗電極層167を有する構造によれば、低抵抗電極層167を形成しない場合と比較して、シート抵抗を100分の1以下に低下させることができる。つまり、低抵抗電極層167を有する構造によれば、n型ポリシリコンを含むゲート電極層149と比較して、シート抵抗を5分の1以下に低下させることができる。
On the other hand, according to the structure having the low-resistance electrode layer 167 on the gate electrode layer 149 (p-type polysilicon), the sheet resistance is reduced by 100 times compared to the case where the low-resistance electrode layer 167 is not formed. can be lowered to 1 or less. That is, according to the structure having the low-resistance electrode layer 167, the sheet resistance can be reduced to one-fifth or less of that of the gate electrode layer 149 containing n-type polysilicon.
このように、低抵抗電極層167を有する構造によれば、ゲート閾値電圧Vthを増加(たとえば1V程度増加)させながら、ゲートトレンチ142内のシート抵抗を低減できる。これにより、ゲート抵抗の低減を図ることができるから、トレンチゲート構造161に沿って電流を効率的に拡散させることができる。その結果、スイッチング遅延の短縮を図ることができる。
Thus, according to the structure having the low-resistance electrode layer 167, the sheet resistance in the gate trench 142 can be reduced while increasing the gate threshold voltage Vth (for example, increasing by about 1V). As a result, the gate resistance can be reduced, and the current can be efficiently diffused along the trench gate structure 161 . As a result, the switching delay can be shortened.
また、低抵抗電極層167を有する構造によれば、ボディ領域141のp型不純物濃度よびコンタクト領域164のp型不純物濃度を増加させなくて済む。よって、チャネル抵抗の増加を抑制しながら、ゲート閾値電圧Vthを適切に増加させることができる。
低抵抗電極層167は、TiSi、TiSi2、NiSi、CoSi、CoSi2、MoSi2またはWSi2のうちの少なくとも1種を含むことができる。とりわけ、これらの種のうちのNiSi、CoSi2およびTiSi2は、比抵抗の値および温度依存性が比較的小さいことから、低抵抗電極層167を形成するポリサイド層として適している。
Further, according to the structure having the low resistance electrode layer 167, it is not necessary to increase the p-type impurity concentration of the body region 141 and the p-type impurity concentration of the contact region 164. FIG. Therefore, it is possible to appropriately increase the gate threshold voltage Vth while suppressing an increase in channel resistance.
The low resistance electrode layer 167 may include at least one of TiSi, TiSi2, NiSi, CoSi , CoSi2, MoSi2 or WSi2 . In particular, NiSi, CoSi 2 and TiSi 2 among these species are suitable as the polycide layer forming the low-resistance electrode layer 167 because of their relatively low resistivity and temperature dependence.
本願発明者らのさらなる検証の結果、TiSi2を低抵抗電極層167の材料として採用した場合、低電界印加時においてゲートソース間のリーク電流の増加が観られた。これに対して、CoSi2が採用された場合は、低電界印加時においてゲートソース間のリーク電流の増加は見受けられなかった。この点を考慮すると、低抵抗電極層167を形成するポリサイド層としては、CoSi2が最も好ましいと考えられる。
As a result of further verification by the inventors of the present application, when TiSi 2 was adopted as the material of the low-resistance electrode layer 167, an increase in leakage current between the gate and source was observed when a low electric field was applied. On the other hand, when CoSi 2 was used, no increase in leakage current between the gate and source was observed when a low electric field was applied. Considering this point, CoSi 2 is most preferable as the polycide layer forming the low-resistance electrode layer 167 .
さらに、SiC半導体装置101によれば、ゲート配線層150が低抵抗電極層167によって被覆されている。これにより、ゲート配線層150におけるゲート抵抗の低減も図ることができる。
特に、ゲート電極層149およびゲート配線層150が低抵抗電極層167によって被覆されている構造では、トレンチゲート構造161に沿って電流を効率的に拡散させることができる。よって、スイッチング遅延の短縮を適切に図ることができる。
Furthermore, according to the SiC semiconductor device 101 , the gate wiring layer 150 is covered with the low resistance electrode layer 167 . Thereby, the gate resistance in the gate wiring layer 150 can be reduced.
In particular, in the structure in which the gate electrode layer 149 and the gate wiring layer 150 are covered with the low-resistance electrode layer 167, current can be efficiently diffused along the trench gate structure 161. FIG. Therefore, it is possible to appropriately shorten the switching delay.
図25は、図18に対応する領域の拡大図であって、本発明の第4実施形態に係るSiC半導体装置221を示す拡大図である。図26は、図25に示すXXVI-XXVI線に沿う断面図である。以下では、SiC半導体装置101に対して述べた構造に対応する構造については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
図25および図26を参照して、SiC半導体装置221は、アクティブ領域111においてSiC半導体層102の第1主面103に形成された外側ゲートトレンチ222を含む。外側ゲートトレンチ222は、アクティブ領域111の周縁部に沿って帯状に延びる。
FIG. 25 is an enlarged view of a region corresponding to FIG. 18, showing a SiC semiconductor device 221 according to the fourth embodiment of the present invention. 26 is a cross-sectional view taken along line XXVI-XXVI shown in FIG. 25. FIG. Hereinafter, structures corresponding to the structures described for SiC semiconductor device 101 are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
25 and 26 , SiC semiconductor device 221 includes an outer gate trench 222 formed in first main surface 103 of SiC semiconductor layer 102 in active region 111 . The outer gate trenches 222 extend in strips along the periphery of the active region 111 .
外側ゲートトレンチ222は、SiC半導体層102の第1主面103において外側ゲートフィンガー117の直下の領域に形成されている。外側ゲートトレンチ222は、外側ゲートフィンガー117に沿って延びている。
外側ゲートトレンチ222は、より具体的には、アクティブ領域111の内方領域を3方向から区画するように、SiC半導体層102の3つの側面105A,105B,105Dに沿って形成されている。外側ゲートトレンチ222は、アクティブ領域111の内方領域を取り囲む無端状(たとえば四角環状)に形成されていてもよい。
Outer gate trenches 222 are formed in regions immediately below outer gate fingers 117 on first main surface 103 of SiC semiconductor layer 102 . Outer gate trenches 222 extend along outer gate fingers 117 .
More specifically, outer gate trench 222 is formed along three sides 105A, 105B, 105D of SiC semiconductor layer 102 so as to partition the inner region of active region 111 from three directions. Outer gate trench 222 may be formed in an endless shape (for example, a square annular shape) surrounding the inner region of active region 111 .
外側ゲートトレンチ222は、各ゲートトレンチ142のコンタクトトレンチ部144に連通している。これにより、外側ゲートトレンチ222およびゲートトレンチ142は、一つのトレンチによって形成されている。
外側ゲートトレンチ222には、ゲート配線層150が埋め込まれている。ゲート配線層150は、ゲートトレンチ142および外側ゲートトレンチ222の連通部においてゲート電極層149に接続されている。
The outer gate trench 222 communicates with the contact trench portion 144 of each gate trench 142 . Thus, the outer gate trench 222 and the gate trench 142 are formed by one trench.
A gate wiring layer 150 is embedded in the outer gate trench 222 . The gate wiring layer 150 is connected to the gate electrode layer 149 at the communicating portion between the gate trench 142 and the outer gate trench 222 .
外側ゲートトレンチ222には、ゲート配線層150を被覆する低抵抗電極層167が形成されている。この場合、ゲート電極層149を被覆する低抵抗電極層167およびゲート配線層150を被覆する低抵抗電極層167は、一つのトレンチ内に位置する。
以上、SiC半導体装置221によっても、SiC半導体装置101に対して述べた効果と同様の効果を奏することができる。また、SiC半導体装置221によれば、ゲート配線層150をSiC半導体層102の第1主面103の上に引き出す必要がない。
A low resistance electrode layer 167 covering the gate wiring layer 150 is formed in the outer gate trench 222 . In this case, the low-resistance electrode layer 167 covering the gate electrode layer 149 and the low-resistance electrode layer 167 covering the gate wiring layer 150 are located in one trench.
As described above, the SiC semiconductor device 221 can also achieve the same effects as those described for the SiC semiconductor device 101 . Moreover, according to the SiC semiconductor device 221 , it is not necessary to extend the gate wiring layer 150 onto the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102 .
これにより、ゲートトレンチ142(外側ゲートトレンチ222)の開口エッジ部146において、ゲート配線層150がゲート絶縁層148を挟んでSiC半導体層102に対向することを抑制できる。その結果、ゲートトレンチ142(外側ゲートトレンチ222)の開口エッジ部146における電界の集中を抑制できる。
図27は、図21に対応する領域の拡大図であって、本発明の第5実施形態に係るSiC半導体装置231を示す拡大図である。以下では、SiC半導体装置101に対して述べた構造に対応する構造については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
This can prevent the gate wiring layer 150 from facing the SiC semiconductor layer 102 across the gate insulating layer 148 at the opening edge portion 146 of the gate trench 142 (the outer gate trench 222). As a result, electric field concentration at the opening edge portion 146 of the gate trench 142 (the outer gate trench 222) can be suppressed.
FIG. 27 is an enlarged view of a region corresponding to FIG. 21, showing a SiC semiconductor device 231 according to the fifth embodiment of the present invention. Hereinafter, structures corresponding to the structures described for SiC semiconductor device 101 are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
図27を参照して、SiCエピタキシャル層107は、この形態では、高濃度領域108、低濃度領域109、ならびに、高濃度領域108および低濃度領域109の間に介在する濃度勾配領域232を含む。
濃度勾配領域232は、SiCエピタキシャル層107において、アクティブ領域111に加えて外側領域112にも形成されている。濃度勾配領域232は、SiCエピタキシャル層107の全域に形成されている。
27, SiC epitaxial layer 107 in this embodiment includes high concentration region 108, low concentration region 109, and concentration gradient region 232 interposed between high concentration region 108 and low concentration region 109. Referring to FIG.
Gradient concentration region 232 is also formed in outer region 112 in addition to active region 111 in SiC epitaxial layer 107 . Gradient concentration region 232 is formed throughout SiC epitaxial layer 107 .
濃度勾配領域232は、高濃度領域108から低濃度領域109に向けてn型不純物濃度が漸減する濃度勾配を有している。換言すると、濃度勾配領域232は、低濃度領域109から高濃度領域108に向けてn型不純物濃度が漸増する濃度勾配を有している。濃度勾配領域232は、高濃度領域108および低濃度領域109の間の領域においてn型不純物濃度の急激な変動を抑制する。
The concentration gradient region 232 has a concentration gradient in which the n-type impurity concentration gradually decreases from the high concentration region 108 toward the low concentration region 109 . In other words, the concentration gradient region 232 has a concentration gradient in which the n-type impurity concentration gradually increases from the low concentration region 109 toward the high concentration region 108 . Gradient concentration region 232 suppresses rapid fluctuations in the n-type impurity concentration in the region between high concentration region 108 and low concentration region 109 .
SiCエピタキシャル層107が濃度勾配領域232を含む場合、高濃度領域108のn型不純物濃度は、低濃度領域109のn型不純物濃度の1.5倍以上5倍以下であることが好ましい。高濃度領域108のn型不純物濃度は、低濃度領域109のn型不純物濃度の3倍以上5倍以下であってもよい。
濃度勾配領域232の厚さは、0.5μm以上2.0μm以下であってもよい。濃度勾配領域232の厚さは、0.5μm以上1.0μm以下、1.0μm以上1.5μm以下または1.5μm以上2.0μm以下であってもよい。
When SiC epitaxial layer 107 includes concentration gradient region 232 , the n-type impurity concentration of high-concentration region 108 is preferably 1.5 to 5 times the n-type impurity concentration of low-concentration region 109 . The n-type impurity concentration of the high concentration region 108 may be 3 times or more and 5 times or less of the n-type impurity concentration of the low concentration region 109 .
The thickness of the concentration gradient region 232 may be 0.5 μm or more and 2.0 μm or less. The thickness of the concentration gradient region 232 may be 0.5 μm to 1.0 μm, 1.0 μm to 1.5 μm, or 1.5 μm to 2.0 μm.
具体的な説明は省略されるが、前述のゲートトレンチ142、ソーストレンチ155、ディープウェル領域165、外側ディープウェル領域182等は、高濃度領域108に形成されている。
つまり、前述のゲートトレンチ142、ソーストレンチ155、ディープウェル領域165、外側ディープウェル領域182等は、SiC半導体層102において高濃度領域108および濃度勾配領域232の境界領域に対して第1主面103側の領域に形成されている。
Although detailed description is omitted, the aforementioned gate trench 142 , source trench 155 , deep well region 165 , outer deep well region 182 , etc. are formed in the high concentration region 108 .
That is, the gate trench 142 , the source trench 155 , the deep well region 165 , the outer deep well region 182 , etc. described above are located on the first main surface 103 with respect to the boundary region between the high-concentration region 108 and the gradient concentration region 232 in the SiC semiconductor layer 102 . formed in the side area.
以上、SiC半導体装置231によっても、SiC半導体装置101に対して述べた効果と同様の効果を奏することができる。
図28は、図18に対応する領域の拡大図であって、本発明の第6実施形態に係るSiC半導体装置241を示す拡大図である。以下では、SiC半導体装置101に対して述べた構造に対応する構造については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
As described above, the SiC semiconductor device 231 can also achieve the same effects as those described for the SiC semiconductor device 101 .
FIG. 28 is an enlarged view of a region corresponding to FIG. 18, showing a SiC semiconductor device 241 according to the sixth embodiment of the present invention. Hereinafter, structures corresponding to the structures described for SiC semiconductor device 101 are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.
図28を参照して、ゲートトレンチ142は、この形態では、平面視において格子形状に形成されている。ゲートトレンチ142は、より具体的には、複数の第1ゲートトレンチ242および複数の第2ゲートトレンチ243を含む。複数の第1ゲートトレンチ242および複数の第2ゲートトレンチ243は、アクティブトレンチ部143を形成している。
Referring to FIG. 28, gate trench 142 is formed in a lattice shape in plan view in this embodiment. Gate trenches 142 more specifically include a plurality of first gate trenches 242 and a plurality of second gate trenches 243 . The plurality of first gate trenches 242 and the plurality of second gate trenches 243 form the active trench portion 143 .
複数の第1ゲートトレンチ242は、第2方向Yに間隔を空けて形成され、第1方向Xに沿って延びる帯状にそれぞれ形成されている。複数の第1ゲートトレンチ242は、平面視において全体としてストライプ状に形成されている。
各第1ゲートトレンチ242において長辺を形成する側壁は、SiC単結晶のa面によって形成されている。各第1ゲートトレンチ242において短辺を形成する側壁は、SiC単結晶のm面によって形成されている。
The plurality of first gate trenches 242 are spaced apart in the second direction Y and formed in strips extending along the first direction X, respectively. The plurality of first gate trenches 242 are formed in a stripe shape as a whole in plan view.
The sidewalls forming the long sides of each first gate trench 242 are formed by the a-plane of SiC single crystal. The sidewalls forming the short sides of each first gate trench 242 are formed by the m-plane of SiC single crystal.
複数の第2ゲートトレンチ243は、第1方向Xに間隔を空けて形成され、第2方向Yに沿って延びる帯状にそれぞれ形成されている。複数の第2ゲートトレンチ243は、平面視において全体としてストライプ状に形成されている。
各第2ゲートトレンチ243において長辺を形成する側壁は、SiC単結晶のm面によって形成されている。各第2ゲートトレンチ243において短辺を形成する側壁は、SiC単結晶のa面によって形成されている。
The plurality of second gate trenches 243 are formed in the first direction X at intervals and each formed in a band shape extending along the second direction Y. As shown in FIG. The plurality of second gate trenches 243 are formed in a stripe shape as a whole in plan view.
The sidewalls forming the long sides of each second gate trench 243 are formed by the m-plane of SiC single crystal. The sidewalls forming the short sides of each second gate trench 243 are formed by the a-plane of SiC single crystal.
複数の第1ゲートトレンチ242および複数の第2ゲートトレンチ243は、互いに交差している。これにより、平面視において格子形状の1つのゲートトレンチ142が形成されている。ゲートトレンチ142によって取り囲まれた領域には、複数のセル領域244が区画されている。
複数のセル領域244は、平面視において第1方向Xおよび第2方向Yに間隔を空けて行列状に配列されている。複数のセル領域244は、平面視において四角形状に形成されている。各セル領域244においてボディ領域141は、ゲートトレンチ142の側壁から露出している。ボディ領域141は、ゲートトレンチ142においてSiC単結晶のm面およびa面によって形成された側壁から露出している。
The plurality of first gate trenches 242 and the plurality of second gate trenches 243 cross each other. As a result, one gate trench 142 having a lattice shape in plan view is formed. A plurality of cell regions 244 are defined in the region surrounded by the gate trenches 142 .
The plurality of cell regions 244 are arranged in a matrix at intervals in the first direction X and the second direction Y in plan view. The plurality of cell regions 244 are formed in a square shape in plan view. Body region 141 is exposed from the sidewall of gate trench 142 in each cell region 244 . Body region 141 is exposed from sidewalls formed by the SiC single crystal m-plane and a-plane in gate trench 142 .
むろん、ゲートトレンチ142は、平面視において格子形状の一態様としてのハニカム形状に形成されていてもよい。この場合、複数のセル領域244は、第1方向Xおよび第2方向Yに間隔を空けて千鳥状に配列されていてもよい。また、この場合、複数のセル領域244は、平面視において六角形状に形成されていてもよい。
各ソーストレンチ155は、平面視において各セル領域244の中央部に形成されている。各ソーストレンチ155は、各セル領域244を第1方向Xに沿って切断したときに現れる切断面に1つ現れるパターンで形成されている。また、各ソーストレンチ155は、各セル領域244を第2方向Yに沿って切断したときに現れる切断面に1つ現れるパターンで形成されている。
Of course, the gate trench 142 may be formed in a honeycomb shape as one aspect of the lattice shape in plan view. In this case, the plurality of cell regions 244 may be arranged in a zigzag pattern at intervals in the first direction X and the second direction Y. FIG. Also, in this case, the plurality of cell regions 244 may be formed in a hexagonal shape in plan view.
Each source trench 155 is formed in the center of each cell region 244 in plan view. Each source trench 155 is formed in a pattern that one appears on a cut surface that appears when each cell region 244 is cut along the first direction X. As shown in FIG. In addition, each source trench 155 is formed in a pattern that one appears on a cut surface that appears when each cell region 244 is cut along the second direction Y. As shown in FIG.
各ソーストレンチ155は、より具体的には、平面視において四角形状に形成されている。各ソーストレンチ155の4つの側壁は、SiC単結晶のm面およびa面によって形成されている。
各ソーストレンチ155の平面形状は任意である。各ソーストレンチ155は、平面視において三角形状、五角形状、六角形状等の多角形状、もしくは、円形状または楕円形状に形成されていてもよい。
More specifically, each source trench 155 is formed in a square shape in plan view. The four sidewalls of each source trench 155 are formed by m-plane and a-plane of SiC single crystal.
The planar shape of each source trench 155 is arbitrary. Each source trench 155 may be formed in a polygonal shape such as a triangular shape, a pentagonal shape, a hexagonal shape, a circular shape, or an elliptical shape in plan view.
図28のXIX-XIX線に沿う断面図は、図19に示す断面図に対応している。図28のXX-XX線に沿う断面図は、図20に示す断面図に対応している。
以上、SiC半導体装置241によっても、SiC半導体装置101に対して述べた効果と同様の効果を奏することができる。
本発明の実施形態について説明したが、本発明の実施形態は、さらに他の形態で実施することもできる。
A cross-sectional view along line XIX-XIX in FIG. 28 corresponds to the cross-sectional view shown in FIG. A cross-sectional view taken along line XX-XX in FIG. 28 corresponds to the cross-sectional view shown in FIG.
As described above, the SiC semiconductor device 241 can also achieve the same effects as those described for the SiC semiconductor device 101 .
While embodiments of the invention have been described, embodiments of the invention may also be embodied in other forms.
前述の各実施形態では、SiC半導体層2,102の側面5A,105Aおよび側面5C,105CがSiC単結晶のa面に面し、側面5B,105Bおよび側面5D,105DがSiC単結晶のm面に面する形態について説明した。しかし、側面5A,105Aおよび側面5C,105CがSiC単結晶のm面に面し、側面5B,105Bおよび側面5D,105DがSiC単結晶のa面に面する形態が採用されてもよい。
In each of the above-described embodiments, side surfaces 5A, 105A and side surfaces 5C, 105C of SiC semiconductor layers 2, 102 face the a-plane of the SiC single crystal, and side surfaces 5B, 105B and side surfaces 5D, 105D face the m-plane of the SiC single crystal. The form facing the However, a configuration may be adopted in which side surfaces 5A, 105A and side surfaces 5C, 105C face the m-plane of the SiC single crystal, and side surfaces 5B, 105B and side surfaces 5D, 105D face the a-plane of the SiC single crystal.
前述の各実施形態では、連続的に延びる帯状の改質ライン22A~22Dが形成された例について説明した。しかし、前述の各実施形態において破線帯状(破線状)の改質ライン22A~22Dが形成されていてもよい。つまり、改質ライン22A~22Dは、断続的に延びる帯状に形成されていてもよい。この場合、改質ライン22A~22Dのうちの1つ、2つまたは3つが破線帯状に形成され、残りが帯状に形成されていてもよい。
In each of the above-described embodiments, an example in which continuously extending belt-shaped reforming lines 22A to 22D are formed has been described. However, in each of the above-described embodiments, the reforming lines 22A to 22D in the form of dashed strips (broken lines) may be formed. In other words, the reforming lines 22A to 22D may be formed in strips extending intermittently. In this case, one, two or three of the reforming lines 22A to 22D may be formed in broken-line strips, and the rest may be formed in strips.
前述の第3~第6実施形態では、SiC単結晶のm軸方向([1-100]方向)に沿って延びる複数のゲートトレンチ142(第1ゲートトレンチ242)が形成された例について説明した。
しかし、SiC単結晶のa軸方向([11-20]方向)に沿って延びる複数のゲートトレンチ142(第1ゲートトレンチ242)が形成されてもよい。この場合、SiC単結晶のa軸方向([11-20]方向)に沿って延びる複数のソーストレンチ155が形成される。
In the above-described third to sixth embodiments, examples were described in which a plurality of gate trenches 142 (first gate trenches 242) extending along the m-axis direction ([1-100] direction) of the SiC single crystal were formed. .
However, a plurality of gate trenches 142 (first gate trenches 242) extending along the a-axis direction ([11-20] direction) of the SiC single crystal may be formed. In this case, a plurality of source trenches 155 are formed extending along the a-axis direction ([11-20] direction) of the SiC single crystal.
前述の第3~第6実施形態では、ソース電極層157がソース絶縁層156を挟んでソーストレンチ155に埋め込まれた例について説明した。しかし、ソース電極層157は、ソース絶縁層156を介さずにソーストレンチ155に直接埋め込まれていてもよい。
前述の第3~第6実施形態では、ソース絶縁層156がソーストレンチ155の側壁および底壁に沿って形成された例について説明した。
In the above-described third to sixth embodiments, examples in which the source electrode layer 157 is embedded in the source trench 155 with the source insulating layer 156 interposed therebetween have been described. However, the source electrode layer 157 may be directly embedded in the source trench 155 without the source insulating layer 156 interposed therebetween.
In the above-described third to sixth embodiments, the example in which the source insulating layer 156 is formed along the sidewall and bottom wall of the source trench 155 has been described.
しかし、ソース絶縁層156は、ソーストレンチ155の底壁を露出させるように、ソーストレンチ155の側壁に沿って形成されていてもよい。ソース絶縁層156は、ソーストレンチ155の底壁の一部を露出させるように、ソーストレンチ155の側壁および底壁に沿って形成されていてもよい。
また、ソース絶縁層156は、ソーストレンチ155の側壁を露出させるように、ソーストレンチ155の底壁に沿って形成されていてもよい。ソース絶縁層156は、ソーストレンチ155の側壁の一部を露出させるように、ソーストレンチ155の側壁および底壁に沿って形成されていてもよい。
However, the source insulating layer 156 may be formed along the sidewalls of the source trenches 155 so as to expose the bottom walls of the source trenches 155 . Source insulating layer 156 may be formed along the sidewalls and bottom wall of source trench 155 so as to expose a portion of the bottom wall of source trench 155 .
Also, the source insulating layer 156 may be formed along the bottom wall of the source trench 155 so as to expose the sidewall of the source trench 155 . Source insulating layer 156 may be formed along the sidewall and bottom wall of source trench 155 so as to expose a portion of the sidewall of source trench 155 .
前述の第3~第6実施形態では、p型不純物が添加されたp型ポリシリコンを含むゲート電極層149およびゲート配線層150が形成された例について説明した。しかし、ゲート閾値電圧Vthの増加を重視しない場合には、ゲート電極層149およびゲート配線層150は、p型ポリシリコンに代えてまたはこれに加えて、n型不純物が添加されたn型ポリシリコンを含んでいてもよい。
In the above-described third to sixth embodiments, examples were described in which the gate electrode layer 149 and the gate wiring layer 150 containing p-type polysilicon doped with p-type impurities were formed. However, if the increase in gate threshold voltage Vth is not important, gate electrode layer 149 and gate interconnection layer 150 may be formed of n-type polysilicon doped with n-type impurities instead of or in addition to p-type polysilicon. may contain
この場合、低抵抗電極層167は、ゲート電極層149(n型ポリシリコン)において表層部を形成する部分を金属材料によってシリサイド化することによって形成されていてもよい。つまり、低抵抗電極層167は、n型ポリサイドを含んでいてもよい。このような構造の場合、ゲート抵抗の低減を図ることができる。
前述の第3~第6実施形態において、n+型のSiC半導体基板106に代えてp+型のSiC半導体基板(106)が採用されてもよい。この構造によれば、MISFETに代えて、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を提供できる。この場合、前述の各実施形態において、MISFETの「ソース」がIGBTの「エミッタ」に読み替えられ、MISFETの「ドレイン」がIGBTの「コレクタ」に読み替えられる。
In this case, the low-resistance electrode layer 167 may be formed by siliciding a portion of the gate electrode layer 149 (n-type polysilicon) that forms the surface layer with a metal material. That is, the low-resistance electrode layer 167 may contain n-type polycide. With such a structure, the gate resistance can be reduced.
In the third to sixth embodiments described above, a p + -type SiC semiconductor substrate (106) may be employed instead of the n + -type SiC semiconductor substrate 106. FIG. According to this structure, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) can be provided instead of the MISFET. In this case, in each of the above-described embodiments, the "source" of the MISFET is read as the "emitter" of the IGBT, and the "drain" of the MISFET is read as the "collector" of the IGBT.
前述の各実施形態において、各半導体部分の導電型が反転された構造が採用されてもよい。つまり、p型の部分がn型とされ、n型の部分がp型とされてもよい。
前述の各実施形態は、SiCとは異なる半導体材料を用いた半導体装置にも適用できる。SiCとは異なる半導体材料は、化合物半導体材料であってもよい。化合物半導体材料は、窒化ガリウム(GaN)および酸化ガリウム(Ga2O3)のいずれか一方または双方であってもよい。
In each of the above-described embodiments, a structure in which the conductivity type of each semiconductor portion is reversed may be employed. That is, the p-type portion may be n-type, and the n-type portion may be p-type.
Each of the above embodiments can also be applied to a semiconductor device using a semiconductor material different from SiC. The semiconductor material different from SiC may be a compound semiconductor material. The compound semiconductor material may be either or both of gallium nitride (GaN) and gallium oxide (Ga 2 O 3 ).
たとえば、前述の第3~第6実施形態は、SiCに代えて化合物半導体材料が採用された縦型の化合物半導体MISFETを備えた化合物半導体装置であってもよい。化合物半導体では、p型不純物(アクセプタ)として、マグネシウムが採用されてもよい。また、n型不純物(ドナー)として、ゲルマニウム(Ge)、酸素(O)またはケイ素(Si)が採用されてもよい。
For example, the third to sixth embodiments described above may be compound semiconductor devices including vertical compound semiconductor MISFETs employing compound semiconductor materials instead of SiC. In compound semiconductors, magnesium may be employed as a p-type impurity (acceptor). Also, germanium (Ge), oxygen (O), or silicon (Si) may be employed as the n-type impurity (donor).
以下、この明細書および図面から抽出される特徴の例を示す。
改質層は、SiC半導体層のSiC単結晶を他の性質に改質させることによって形成される。そのため、改質層に起因するSiC半導体層への影響を考慮すると、SiC半導体層の側面の全域に複数の改質層が形成されることは望ましいとはいえない。改質層に起因するSiC半導体層への影響としては、改質層に起因するSiC半導体層の電気的特性の変動や、改質層を起点とするSiC半導体層のクラックの発生等が例示される。
The following are examples of features that can be extracted from the specification and drawings.
The modified layer is formed by modifying the SiC single crystal of the SiC semiconductor layer to have other properties. Therefore, considering the influence of the modified layer on the SiC semiconductor layer, it is not desirable to form a plurality of modified layers on the entire side surface of the SiC semiconductor layer. Examples of the influence of the modified layer on the SiC semiconductor layer include fluctuations in the electrical characteristics of the SiC semiconductor layer due to the modified layer and the occurrence of cracks in the SiC semiconductor layer originating from the modified layer. be.
以下の[A1]~[A20]および[B1]~[B25]は、改質層に起因するSiC半導体層への影響を低減できるSiC半導体装置を提供することを目的としている。
[A1]六方晶からなるSiC単結晶を含み、素子形成面としての第1主面、前記第1主面の反対側の第2主面、前記SiC単結晶のa面に面する第1側面、および、前記SiC単結晶のm面に面する第2側面を有するSiC半導体層と、第1専有割合で前記SiC半導体層の前記第1側面に形成され、前記SiC単結晶とは異なる性質に改質された第1改質層と、前記第1専有割合未満の第2専有割合で前記SiC半導体層の前記第2側面に形成され、前記SiC単結晶とは異なる性質に改質された第2改質層と、を含む、SiC半導体装置。
[A1] to [A20] and [B1] to [B25] below aim to provide a SiC semiconductor device capable of reducing the influence of the modified layer on the SiC semiconductor layer.
[A1] A hexagonal SiC single crystal, a first main surface serving as an element forming surface, a second main surface opposite to the first main surface, and a first side surface facing the a-plane of the SiC single crystal and a SiC semiconductor layer having a second side surface facing the m-plane of the SiC single crystal, and a SiC semiconductor layer formed on the first side surface of the SiC semiconductor layer at a first occupation ratio and having properties different from those of the SiC single crystal. a modified first modified layer; and a second modified layer formed on the second side surface of the SiC semiconductor layer at a second proprietary ratio less than the first proprietary ratio and modified to have properties different from those of the SiC single crystal. 2 modified layers, and a SiC semiconductor device.
このSiC半導体装置によれば、SiC単結晶の結晶面に応じて異なる専有割合で第1改質層および第2改質層が形成されている。SiC単結晶は、c面をc軸方向から見た平面視においてSi原子の最近接原子方向(a軸方向およびその等価方向)に沿って割れ易く、最近接原子方向の交差方向(m軸方向およびその等価方向)に沿って割れ難いという物性を有している。
According to this SiC semiconductor device, the first modified layer and the second modified layer are formed at different exclusive ratios depending on the crystal plane of the SiC single crystal. A SiC single crystal is likely to crack along the direction of the closest atoms of Si atoms (a-axis direction and its equivalent direction) in a plan view of the c-plane viewed from the c-axis direction, and is likely to crack along the direction intersecting the closest atom direction (m-axis direction). and its equivalent direction).
したがって、SiC単結晶において比較的割れ易い性質を有する結晶面(m面およびその等価面)については、比較的大きい専有割合を有する改質層を形成しなくても適切に切断できる。これにより、改質層の形成領域の低減を図ることができるから、改質層に起因するSiC半導体層への影響を低減できる。
[A2]六方晶からなるSiC単結晶を含み、素子形成面としての第1主面、前記第1主面の反対側の第2主面、前記SiC単結晶のa面に面する第1側面、および、前記SiC単結晶のm面に面する第2側面を有するSiC半導体層と、前記SiC半導体層の前記第1側面に前記第1主面の法線方向に沿って間隔を空けて形成され、前記SiC単結晶とは異なる性質に改質された複数の第1改質層と、前記第1改質層の個数未満の個数で前記SiC半導体層の前記第2側面に形成され、前記SiC単結晶とは異なる性質に改質された1つまたは複数の第2改質層と、を含む、SiC半導体装置。
Therefore, crystal planes (m-planes and equivalent planes thereof) that are relatively fragile in SiC single crystals can be properly cut without forming a modified layer having a relatively large exclusive ratio. As a result, it is possible to reduce the formation area of the modified layer, so that the influence of the modified layer on the SiC semiconductor layer can be reduced.
[A2] A hexagonal SiC single crystal, a first main surface serving as an element forming surface, a second main surface opposite to the first main surface, and a first side surface facing the a-plane of the SiC single crystal and a SiC semiconductor layer having a second side surface facing the m-plane of the SiC single crystal, and formed on the first side surface of the SiC semiconductor layer with a gap along the normal direction of the first main surface. a plurality of first modified layers modified to have properties different from those of the SiC single crystal; and a number less than the number of the first modified layers formed on the second side surface of the SiC semiconductor layer, and one or more second modified layers modified to have properties different from those of the SiC single crystal.
このSiC半導体装置によれば、SiC単結晶の結晶面に応じて異なる個数で第1改質層および第2改質層が形成されている。SiC単結晶は、c面をc軸方向から見た平面視においてSi原子の最近接原子方向(a軸方向およびその等価方向)に沿って割れ易く、最近接原子方向の交差方向(m軸方向およびその等価方向)に沿って割れ難いという物性を有している。
According to this SiC semiconductor device, the first modified layer and the second modified layer are formed in different numbers depending on the crystal plane of the SiC single crystal. A SiC single crystal is likely to crack along the direction of the closest atoms of Si atoms (a-axis direction and its equivalent direction) in a plan view of the c-plane viewed from the c-axis direction, and is likely to crack along the direction intersecting the closest atom direction (m-axis direction). and its equivalent direction).
したがって、SiC単結晶において比較的割れ易い性質を有する結晶面(m面およびその等価面)については、改質層の個数を増加させなくても適切に切断できる。これにより、改質層の形成領域の低減を図ることができるから、改質層に起因するSiC半導体層への影響を低減できる。
[A3]複数の前記第1改質層が、前記SiC半導体層の前記第1側面に前記第1主面の法線方向に沿って間隔を空けて形成され、前記第1改質層の個数未満の1つまたは複数の前記第2改質層が、前記SiC半導体層の前記第2側面に前記第1主面の法線方向に沿って間隔を空けて形成されている、A1に記載のSiC半導体装置。
Therefore, crystal planes (m-planes and equivalent planes thereof) that are relatively fragile in SiC single crystals can be properly cut without increasing the number of modified layers. As a result, it is possible to reduce the formation area of the modified layer, so that the influence of the modified layer on the SiC semiconductor layer can be reduced.
[A3] A plurality of the first modified layers are formed on the first side surface of the SiC semiconductor layer at intervals along the normal direction of the first main surface, and the number of the first modified layers According to A1, one or more of the second modified layers less than SiC semiconductor device.
[A4]前記第1改質層は、前記第1主面の法線方向に関して第1厚さを有し、前記第2改質層は、前記第1主面の法線方向に関して前記第1厚さ以下の第2厚さを有している、A1~A3のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[A5]前記第1改質層は、前記SiC半導体層の前記第1主面から前記第2主面に間隔を空けて形成されている、A1~A4のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[A4] The first modified layer has a first thickness with respect to the normal direction of the first main surface, and the second modified layer has the first thickness with respect to the normal direction of the first main surface. The SiC semiconductor device according to any one of A1 to A3, having a second thickness equal to or less than the thickness.
[A5] The SiC semiconductor according to any one of A1 to A4, wherein the first modified layer is formed with a gap from the first main surface to the second main surface of the SiC semiconductor layer. Device.
[A6]前記第2改質層は、前記SiC半導体層の前記第1主面から前記第2主面に間隔を空けて形成されている、A1~A5のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[A7]前記第1改質層は、前記SiC半導体層の前記第2主面から前記第1主面に間隔を空けて形成されている、A1~A6のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[A8]前記第2改質層は、前記SiC半導体層の前記第2主面から前記第1主面に間隔を空けて形成されている、A1~A7のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[A6] The SiC semiconductor according to any one of A1 to A5, wherein the second modified layer is formed with a gap from the first main surface to the second main surface of the SiC semiconductor layer. Device.
[A7] The SiC semiconductor according to any one of A1 to A6, wherein the first modified layer is formed with a gap from the second main surface to the first main surface of the SiC semiconductor layer. Device.
[A8] The SiC semiconductor according to any one of A1 to A7, wherein the second modified layer is formed with a gap from the second main surface to the first main surface of the SiC semiconductor layer. Device.
[A9]前記第1改質層は、前記SiC単結晶のa軸方向に沿って直線状、曲線状または破線状に延びており、前記第2改質層は、前記SiC単結晶のm軸方向に沿って直線状、曲線状または破線状に延びている、A1~A8のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[A10]前記SiC半導体層の前記第1主面は、前記SiC単結晶のc面に面している、A1~A9のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[A9] The first modified layer extends linearly, curvedly or in a broken line along the a-axis direction of the SiC single crystal, and the second modified layer extends along the m-axis of the SiC single crystal. The SiC semiconductor device according to any one of A1 to A8, extending linearly, curvedly, or broken along a direction.
[A10] The SiC semiconductor device according to any one of A1 to A9, wherein the first main surface of the SiC semiconductor layer faces the c-plane of the SiC single crystal.
[A11]前記SiC半導体層の前記第1主面は、前記SiC単結晶のc面に対して0°以上10°以下の角度で傾斜したオフ角を有している、A1~A10のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[A12]前記オフ角は、5°以下の角度である、A11に記載のSiC半導体装置。
[A13]前記オフ角は、0°を超えて4°未満の角度である、A11またはA12に記載のSiC半導体装置。
[A11] Any one of A1 to A10, wherein the first main surface of the SiC semiconductor layer has an off angle of 0° or more and 10° or less with respect to the c-plane of the SiC single crystal. The SiC semiconductor device according to one.
[A12] The SiC semiconductor device according to A11, wherein the off angle is 5° or less.
[A13] The SiC semiconductor device according to A11 or A12, wherein the off angle is greater than 0° and less than 4°.
[A14]前記SiC単結晶は、2H(Hexagonal)-SiC単結晶、4H-SiC単結晶または6H-SiC単結晶からなる、A1~A13のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[A15]前記SiC半導体層の前記第2主面は、研削面からなる、A1~A14のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[A14] The SiC semiconductor device according to any one of A1 to A13, wherein the SiC single crystal is a 2H (Hexagonal)-SiC single crystal, a 4H-SiC single crystal, or a 6H-SiC single crystal.
[A15] The SiC semiconductor device according to any one of A1 to A14, wherein the second main surface of the SiC semiconductor layer is a ground surface.
[A16]前記SiC半導体層の前記第1側面は、劈開面からなり、前記SiC半導体層の前記第2側面は、劈開面からなる、A1~A15のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[A17]前記SiC半導体層は、40μm以上200μm以下の厚さを有している、A1~A16のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[A16] The SiC semiconductor device according to any one of A1 to A15, wherein the first side surface of the SiC semiconductor layer is a cleaved surface, and the second side surface of the SiC semiconductor layer is a cleaved surface.
[A17] The SiC semiconductor device according to any one of A1 to A16, wherein the SiC semiconductor layer has a thickness of 40 μm or more and 200 μm or less.
[A18]前記SiC半導体層は、SiC半導体基板およびSiCエピタキシャル層を含み、前記SiCエピタキシャル層によって前記第1主面が形成された積層構造を有しており、前記第1改質層は、前記SiC半導体基板に形成されており、前記第2改質層は、前記SiC半導体基板に形成されている、A1~A17のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[A18] The SiC semiconductor layer includes a SiC semiconductor substrate and a SiC epitaxial layer, and has a laminated structure in which the first main surface is formed by the SiC epitaxial layer, and the first modified layer includes the The SiC semiconductor device according to any one of A1 to A17, formed on a SiC semiconductor substrate, wherein the second modified layer is formed on the SiC semiconductor substrate.
[A19]前記SiCエピタキシャル層は、前記SiC半導体基板の厚さ以下の厚さを有している、A18に記載のSiC半導体装置。
[A20]前記SiC半導体基板は、40μm以上150μm以下の厚さを有し、前記SiCエピタキシャル層は、1μm以上50μm以下の厚さを有している、A18またはA19に記載のSiC半導体装置。
[A19] The SiC semiconductor device according to A18, wherein the SiC epitaxial layer has a thickness equal to or less than the thickness of the SiC semiconductor substrate.
[A20] The SiC semiconductor device according to A18 or A19, wherein the SiC semiconductor substrate has a thickness of 40 μm or more and 150 μm or less, and the SiC epitaxial layer has a thickness of 1 μm or more and 50 μm or less.
[B1]六方晶からなるSiC単結晶を含み、素子形成面としての第1主面、前記第1主面の反対側の第2主面、前記SiC単結晶のa面に面する第1側面、および、前記SiC単結晶のm面に面する第2側面を有するSiC半導体層と、前記第1主面の法線方向に関して第1厚さを有し、前記SiC半導体層の前記第1側面に第1専有割合で形成され、前記SiC単結晶とは異なる性質に改質された第1改質層と、前記第1主面の法線方向に関して前記第1厚さ以下の第2厚さを有し、前記SiC半導体層の前記第2側面に前記第1専有割合未満の第2専有割合で形成され、前記SiC単結晶とは異なる性質に改質された第2改質層と、を含む、SiC半導体装置。
[B1] A hexagonal SiC single crystal including a first main surface as an element formation surface, a second main surface opposite to the first main surface, and a first side surface facing the a-plane of the SiC single crystal and a SiC semiconductor layer having a second side surface facing the m-plane of the SiC single crystal, and the first side surface of the SiC semiconductor layer having a first thickness with respect to a normal direction of the first main surface. a first modified layer formed at a first exclusive ratio in and modified to have properties different from those of the SiC single crystal; a second modified layer formed on the second side surface of the SiC semiconductor layer at a second exclusive ratio less than the first exclusive ratio and modified to have properties different from those of the SiC single crystal; A SiC semiconductor device comprising:
[B2]六方晶からなるSiC単結晶を含み、素子形成面としての第1主面、前記第1主面の反対側の研削面からなる第2主面、前記SiC単結晶のa面に面する第1側面、および、前記SiC単結晶のm面に面する第2側面を有するSiC半導体層と、前記第1主面の法線方向に関して第1厚さを有し、前記SiC半導体層の前記第1側面に第1専有割合で形成され、前記SiC単結晶とは異なる性質に改質された第1改質層と、前記第1主面の法線方向に関して前記第1厚さ以下の第2厚さを有し、前記SiC半導体層の前記第2側面に前記第1専有割合未満の第2専有割合で形成され、前記SiC単結晶とは異なる性質に改質された第2改質層と、を含む、SiC半導体装置。
[B2] A hexagonal SiC single crystal, a first main surface as an element forming surface, a second main surface consisting of a ground surface opposite to the first main surface, and a surface on the a-plane of the SiC single crystal. and a second side surface facing the m-plane of the SiC single crystal; a first modified layer formed on the first side surface at a first exclusive ratio and modified to have properties different from those of the SiC single crystal; A second modification having a second thickness, formed on the second side surface of the SiC semiconductor layer at a second proprietary ratio less than the first proprietary ratio, and modified to have properties different from those of the SiC single crystal. A SiC semiconductor device, comprising: a layer;
[B3]六方晶からなるSiC単結晶を含み、素子形成面としての第1主面、前記第1主面の反対側の第2主面、前記SiC単結晶のa面に面し、劈開面からなる第1側面、および、前記SiC単結晶のm面に面し、劈開面からなる第2側面を有するSiC半導体層と、前記第1主面の法線方向に関して第1厚さを有し、前記SiC半導体層の前記第1側面に第1専有割合で形成され、前記SiC単結晶とは異なる性質に改質された第1改質層と、前記第1主面の法線方向に関して前記第1厚さ以下の第2厚さを有し、前記SiC半導体層の前記第2側面に前記第1専有割合未満の第2専有割合で形成され、前記SiC単結晶とは異なる性質に改質された第2改質層と、を含む、SiC半導体装置。
[B3] A hexagonal SiC single crystal, a first main surface serving as an element formation surface, a second main surface opposite to the first main surface, a cleaved surface facing the a-plane of the SiC single crystal a SiC semiconductor layer facing the m-plane of the SiC single crystal and having a second side surface consisting of a cleavage plane; and a first thickness in the normal direction of the first main surface a first modified layer formed on the first side surface of the SiC semiconductor layer at a first exclusive ratio and modified to have properties different from those of the SiC single crystal; It has a second thickness equal to or less than the first thickness, is formed on the second side surface of the SiC semiconductor layer at a second exclusive ratio less than the first exclusive ratio, and is modified to have properties different from those of the SiC single crystal. and a second modified layer.
[B4]六方晶からなるSiC単結晶を含み、素子形成面としての第1主面、前記第1主面の反対側の第2主面、前記SiC単結晶のa面に面する第1側面、および、前記SiC単結晶のm面に面する第2側面を有し、かつ、40μm以上200μm以下の厚さを有するSiC半導体層と、前記第1主面の法線方向に関して第1厚さを有し、前記SiC半導体層の前記第1側面に第1専有割合で形成され、前記SiC単結晶とは異なる性質に改質された第1改質層と、前記第1主面の法線方向に関して前記第1厚さ以下の第2厚さを有し、前記SiC半導体層の前記第2側面に前記第1専有割合未満の第2専有割合で形成され、前記SiC単結晶とは異なる性質に改質された第2改質層と、を含む、SiC半導体装置。
[B4] Including a SiC single crystal of hexagonal crystal, a first main surface as an element formation surface, a second main surface opposite to the first main surface, and a first side surface facing the a-plane of the SiC single crystal and a SiC semiconductor layer having a second side surface facing the m-plane of the SiC single crystal and having a thickness of 40 μm or more and 200 μm or less, and a first thickness with respect to the normal direction of the first main surface a first modified layer formed on the first side surface of the SiC semiconductor layer at a first exclusive ratio and modified to have properties different from those of the SiC single crystal; and a normal line to the first main surface having a second thickness less than or equal to the first thickness with respect to the direction, formed on the second side surface of the SiC semiconductor layer at a second occupation ratio less than the first occupation ratio, and having properties different from those of the SiC single crystal and a second modified layer modified to a SiC semiconductor device.
[B5]六方晶からなるSiC単結晶を含み、素子形成面としての第1主面、前記第1主面の反対側の第2主面、前記SiC単結晶のa面に面する第1側面、および、前記SiC単結晶のm面に面する第2側面を有し、かつ、前記第2主面を形成するSiC半導体基板および前記第1主面を形成するSiCエピタキシャル層を含む積層構造を有するSiC半導体層と、前記第1主面の法線方向に関して第1厚さを有し、前記SiC半導体基板において前記SiC半導体層の前記第1側面を形成する部分に第1専有割合で形成され、前記SiC単結晶とは異なる性質に改質された第1改質層と、前記第1主面の法線方向に関して前記第1厚さ以下の第2厚さを有し、前記SiC半導体基板において前記SiC半導体層の前記第2側面を形成する部分に前記第1専有割合未満の第2専有割合で形成され、前記SiC単結晶とは異なる性質に改質された第2改質層と、を含む、SiC半導体装置。
[B5] A hexagonal SiC single crystal including a first main surface as an element formation surface, a second main surface opposite to the first main surface, and a first side surface facing the a-plane of the SiC single crystal and a stacked structure including a SiC semiconductor substrate having a second side surface facing the m-plane of the SiC single crystal and forming the second main surface and a SiC epitaxial layer forming the first main surface. and a SiC semiconductor layer having a first thickness with respect to the normal direction of the first main surface and formed in a portion of the SiC semiconductor substrate forming the first side surface of the SiC semiconductor layer at a first exclusive ratio. , the SiC semiconductor substrate having a first modified layer modified to have properties different from those of the SiC single crystal, and a second thickness equal to or less than the first thickness with respect to a normal direction of the first main surface; a second modified layer formed in a portion forming the second side surface of the SiC semiconductor layer at a second exclusive ratio less than the first exclusive ratio and modified to have a property different from that of the SiC single crystal; A SiC semiconductor device comprising:
[B6]前記SiCエピタキシャル層は、前記SiC半導体基板の厚さ以下の厚さを有している、B5に記載のSiC半導体装置。
[B7]前記SiC半導体基板は、40μm以上150μm以下の厚さを有し、前記SiCエピタキシャル層は、1μm以上50μm以下の厚さを有している、B5またはB6に記載のSiC半導体装置。
[B6] The SiC semiconductor device according to B5, wherein the SiC epitaxial layer has a thickness equal to or less than the thickness of the SiC semiconductor substrate.
[B7] The SiC semiconductor device according to B5 or B6, wherein the SiC semiconductor substrate has a thickness of 40 μm or more and 150 μm or less, and the SiC epitaxial layer has a thickness of 1 μm or more and 50 μm or less.
[B8]複数の前記第1改質層が、前記SiC半導体層の前記第1側面に前記第1主面の法線方向に沿って間隔を空けて形成され、前記第1改質層の個数未満の1つまたは複数の前記第2改質層が、前記SiC半導体層の前記第2側面に前記第1主面の法線方向に沿って間隔を空けて形成されている、B1~B7のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[B8] A plurality of the first modified layers are formed on the first side surface of the SiC semiconductor layer at intervals along the normal direction of the first main surface, and the number of the first modified layers of B1 to B7, wherein one or more of the second modified layers less than the The SiC semiconductor device according to any one of the above.
[B9]六方晶からなるSiC単結晶を含み、素子形成面としての第1主面、前記第1主面の反対側の第2主面、前記SiC単結晶のa面に面する第1側面、および、前記SiC単結晶のm面に面する第2側面を有するSiC半導体層と、前記第1主面の法線方向に関して第1厚さを有し、前記SiC半導体層の前記第1側面に前記第1主面の法線方向に沿って間隔を空けて形成され、前記SiC単結晶とは異なる性質に改質された複数の第1改質層と、前記第1主面の法線方向に関して前記第1厚さ以下の第2厚さを有し、前記第1改質層の個数未満の個数で前記SiC半導体層の前記第2側面に形成され、前記SiC単結晶とは異なる性質に改質された1つまたは複数の第2改質層と、を含む、SiC半導体装置。
[B9] A hexagonal SiC single crystal including a first main surface as an element formation surface, a second main surface opposite to the first main surface, and a first side surface facing the a-plane of the SiC single crystal and a SiC semiconductor layer having a second side surface facing the m-plane of the SiC single crystal, and the first side surface of the SiC semiconductor layer having a first thickness with respect to a normal direction of the first main surface. A plurality of first modified layers formed at intervals along the normal direction of the first main surface and modified to have properties different from those of the SiC single crystal, and a normal to the first main surface having a second thickness less than or equal to the first thickness with respect to the direction, formed on the second side surface of the SiC semiconductor layer in a number less than the number of the first modified layers, and having properties different from those of the SiC single crystal and one or more second modified layers modified to a SiC semiconductor device.
[B10]六方晶からなるSiC単結晶を含み、素子形成面としての第1主面、前記第1主面の反対側の研削面からなる第2主面、前記SiC単結晶のa面に面する第1側面、および、前記SiC単結晶のm面に面する第2側面を有するSiC半導体層と、前記第1主面の法線方向に関して第1厚さを有し、前記SiC半導体層の前記第1側面に前記第1主面の法線方向に沿って間隔を空けて形成され、前記SiC単結晶とは異なる性質に改質された複数の第1改質層と、前記第1主面の法線方向に関して前記第1厚さ以下の第2厚さを有し、前記第1改質層の個数未満の個数で前記SiC半導体層の前記第2側面に形成され、前記SiC単結晶とは異なる性質に改質された1つまたは複数の第2改質層と、を含む、SiC半導体装置。
[B10] A hexagonal SiC single crystal containing a first main surface as an element formation surface, a second main surface consisting of a ground surface opposite to the first main surface, and a surface on the a-plane of the SiC single crystal and a second side surface facing the m-plane of the SiC single crystal; a plurality of first modified layers formed on the first side surface along the normal direction of the first main surface at intervals and modified to have properties different from those of the SiC single crystal; The SiC single crystal has a second thickness less than or equal to the first thickness with respect to the normal direction of the surface and is formed on the second side surface of the SiC semiconductor layer in a number less than the number of the first modified layers. and one or more second modified layers modified to have properties different from the SiC semiconductor device.
[B11]六方晶からなるSiC単結晶を含み、素子形成面としての第1主面、前記第1主面の反対側の第2主面、前記SiC単結晶のa面に面し、劈開面からなる第1側面、および、前記SiC単結晶のm面に面し、劈開面からなる第2側面を有するSiC半導体層と、前記第1主面の法線方向に関して第1厚さを有し、前記SiC半導体層の前記第1側面に前記第1主面の法線方向に沿って間隔を空けて形成され、前記SiC単結晶とは異なる性質に改質された複数の第1改質層と、前記第1主面の法線方向に関して前記第1厚さ以下の第2厚さを有し、前記第1改質層の個数未満の個数で前記SiC半導体層の前記第2側面に形成され、前記SiC単結晶とは異なる性質に改質された1つまたは複数の第2改質層と、を含む、SiC半導体装置。
[B11] A hexagonal SiC single crystal, a first main surface serving as an element formation surface, a second main surface opposite to the first main surface, a cleaved surface facing the a-plane of the SiC single crystal a SiC semiconductor layer facing the m-plane of the SiC single crystal and having a second side surface consisting of a cleavage plane; and a first thickness in the normal direction of the first main surface , a plurality of first modified layers formed on the first side surface of the SiC semiconductor layer at intervals along the normal direction of the first main surface and modified to have properties different from those of the SiC single crystal; and a second thickness less than or equal to the first thickness with respect to the normal direction of the first main surface, and formed on the second side surface of the SiC semiconductor layer in a number less than the number of the first modified layers and one or more second modified layers modified to have properties different from those of the SiC single crystal.
[B12]六方晶からなるSiC単結晶を含み、素子形成面としての第1主面、前記第1主面の反対側の第2主面、前記SiC単結晶のa面に面する第1側面、および、前記SiC単結晶のm面に面する第2側面を有し、かつ、40μm以上200μm以下の厚さを有するSiC半導体層と、前記第1主面の法線方向に関して第1厚さを有し、前記SiC半導体層の前記第1側面に前記第1主面の法線方向に沿って間隔を空けて形成され、前記SiC単結晶とは異なる性質に改質された複数の第1改質層と、前記第1主面の法線方向に関して前記第1厚さ以下の第2厚さを有し、前記第1改質層の個数未満の個数で前記SiC半導体層の前記第2側面に形成され、前記SiC単結晶とは異なる性質に改質された1つまたは複数の第2改質層と、を含む、SiC半導体装置。
[B12] A hexagonal SiC single crystal, a first main surface as an element forming surface, a second main surface opposite to the first main surface, and a first side surface facing the a-plane of the SiC single crystal and a SiC semiconductor layer having a second side surface facing the m-plane of the SiC single crystal and having a thickness of 40 μm or more and 200 μm or less, and a first thickness with respect to the normal direction of the first main surface and are formed on the first side surface of the SiC semiconductor layer at intervals along the normal direction of the first main surface, and are modified to have properties different from those of the SiC single crystal. and a modified layer having a second thickness equal to or less than the first thickness with respect to the normal direction of the first main surface, and the number of the SiC semiconductor layers is less than the number of the first modified layers. and one or more second modified layers formed on a side surface and modified to have properties different from those of the SiC single crystal.
[B13]六方晶からなるSiC単結晶を含み、素子形成面としての第1主面、前記第1主面の反対側の第2主面、前記SiC単結晶のa面に面する第1側面、および、前記SiC単結晶のm面に面する第2側面を有し、かつ、前記第2主面を形成するSiC半導体基板および前記第1主面を形成するSiCエピタキシャル層を含む積層構造を有するSiC半導体層と、前記第1主面の法線方向に関して第1厚さを有し、前記SiC半導体基板において前記SiC半導体層の前記第1側面を形成する部分に前記第1主面の法線方向に沿って間隔を空けて形成され、前記SiC単結晶とは異なる性質に改質された複数の第1改質層と、前記第1主面の法線方向に関して前記第1厚さ以下の第2厚さを有し、前記SiC半導体基板において前記SiC半導体層の前記第2側面を形成する部分に、前記第1改質層の個数未満の個数で形成され、前記SiC単結晶とは異なる性質に改質された1つまたは複数の第2改質層と、を含む、SiC半導体装置。
[B13] A first main surface as an element formation surface, a second main surface opposite to the first main surface, and a first side surface facing the a-plane of the SiC single crystal, including a hexagonal SiC single crystal. and a stacked structure including a SiC semiconductor substrate having a second side surface facing the m-plane of the SiC single crystal and forming the second main surface and a SiC epitaxial layer forming the first main surface. and a SiC semiconductor layer having a first thickness with respect to the normal direction of the first main surface, and a portion of the SiC semiconductor substrate forming the first side surface of the SiC semiconductor layer having a thickness equal to the thickness of the first main surface. a plurality of first modified layers formed at intervals along a line direction and modified to have properties different from those of the SiC single crystal; and is formed in a portion of the SiC semiconductor substrate that forms the second side surface of the SiC semiconductor layer in a number that is less than the number of the first modified layers, and the SiC single crystal is and one or more second modified layers modified to have different properties.
[B14]前記SiCエピタキシャル層は、前記SiC半導体基板の厚さ以下の厚さを有している、B13に記載のSiC半導体装置。
[B15]前記SiC半導体基板は、40μm以上150μm以下の厚さを有し、前記SiCエピタキシャル層は、1μm以上50μm以下の厚さを有している、B13またはB14に記載のSiC半導体装置。
[B14] The SiC semiconductor device according to B13, wherein the SiC epitaxial layer has a thickness equal to or less than the thickness of the SiC semiconductor substrate.
[B15] The SiC semiconductor device according to B13 or B14, wherein the SiC semiconductor substrate has a thickness of 40 μm or more and 150 μm or less, and the SiC epitaxial layer has a thickness of 1 μm or more and 50 μm or less.
[B16]前記第1改質層は、前記SiC半導体層の前記第1主面から前記第2主面に間隔を空けて形成されている、B1~B15のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[B17]前記第2改質層は、前記SiC半導体層の前記第1主面から前記第2主面に間隔を空けて形成されている、B1~B16のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[B18]前記第1改質層は、前記SiC半導体層の前記第2主面から前記第1主面に間隔を空けて形成されている、B1~B17のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[B16] The SiC semiconductor according to any one of B1 to B15, wherein the first modified layer is formed with a gap from the first main surface to the second main surface of the SiC semiconductor layer. Device.
[B17] The SiC semiconductor according to any one of B1 to B16, wherein the second modified layer is formed with a gap from the first main surface to the second main surface of the SiC semiconductor layer. Device.
[B18] The SiC semiconductor according to any one of B1 to B17, wherein the first modified layer is formed with a gap from the second main surface to the first main surface of the SiC semiconductor layer. Device.
[B19]前記第2改質層は、前記SiC半導体層の前記第2主面から前記第1主面に間隔を空けて形成されている、B1~B18のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[B20]前記第1改質層は、前記SiC単結晶のm軸方向に沿って直線状、曲線状または破線状に延びており、前記第2改質層は、前記SiC単結晶のa軸方向に沿って直線状、曲線状または破線状に延びている、B1~B19のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[B19] The SiC semiconductor according to any one of B1 to B18, wherein the second modified layer is formed with a gap from the second main surface to the first main surface of the SiC semiconductor layer. Device.
[B20] The first modified layer extends linearly, curvedly or in a broken line along the m-axis direction of the SiC single crystal, and the second modified layer extends along the a-axis of the SiC single crystal. The SiC semiconductor device according to any one of B1 to B19, which extends linearly, curvedly or broken along a direction.
[B21]前記SiC半導体層の前記第1主面は、前記SiC単結晶のc面に面している、B1~B20のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[B22]前記SiC半導体層の前記第1主面は、前記SiC単結晶のc面に対して0°以上10°以下の角度で傾斜したオフ角を有している、B1~B21のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[B21] The SiC semiconductor device according to any one of B1 to B20, wherein the first main surface of the SiC semiconductor layer faces the c-plane of the SiC single crystal.
[B22] Any one of B1 to B21, wherein the first main surface of the SiC semiconductor layer has an off angle of 0° or more and 10° or less with respect to the c-plane of the SiC single crystal. The SiC semiconductor device according to one.
[B23]前記オフ角は、5°以下の角度である、B22に記載のSiC半導体装置。
[B24]前記オフ角は、0°を超えて4°未満の角度である、B22またはB23に記載のSiC半導体装置。
[B25]前記SiC単結晶は、2H(Hexagonal)-SiC単結晶、4H-SiC単結晶または6H-SiC単結晶からなる、B1~B24のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[B23] The SiC semiconductor device according to B22, wherein the off angle is 5° or less.
[B24] The SiC semiconductor device according to B22 or B23, wherein the off-angle is greater than 0° and less than 4°.
[B25] The SiC semiconductor device according to any one of B1 to B24, wherein the SiC single crystal is a 2H (Hexagonal)-SiC single crystal, a 4H-SiC single crystal, or a 6H-SiC single crystal.
この明細書は、第1~第6実施形態に示された特徴の如何なる組み合わせ形態をも制限しない。第1~第6実施形態は、それらの間で任意の態様および任意の形態において組み合わせられることができる。つまり、第1~第6実施形態に示された特徴が任意の態様および任意の形態で組み合わされた形態が採用されてもよい。
その他、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。
This specification does not limit any combination of features shown in the first to sixth embodiments. The first to sixth embodiments can be combined in any manner and in any form among them. In other words, a form in which the features shown in the first to sixth embodiments are combined in any aspect and any form may be employed.
In addition, various design changes can be made within the scope of the matters described in the claims.