JP7423853B2 - semiconductor equipment - Google Patents

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

たとえば、特許文献1は、アクティブセルアレイおよびゲートバスエリアが形成されたエピタキシャル層と、アクティブセルアレイに形成されたゲートトレンチと、ゲートトレンチに形成されたゲート酸化膜と、ゲートトレンチに埋め込まれたポリシリコンからなるゲート電極と、ゲートバスエリアに形成され、ゲートトレンチと繋がるトレンチと、ゲートバスエリアにおいてエピタキシャル層の表面を覆うようにトレンチに埋め込まれたポリシリコンからなるゲートバス(ゲートフィンガー)とを含む、トレンチゲート縦型MOSFETを開示している。 For example, Patent Document 1 describes an epitaxial layer in which an active cell array and a gate bus area are formed, a gate trench formed in the active cell array, a gate oxide film formed in the gate trench, and a polysilicon buried in the gate trench. a trench formed in the gate bus area and connected to the gate trench, and a gate bus (gate finger) made of polysilicon embedded in the trench so as to cover the surface of the epitaxial layer in the gate bus area. , discloses a trench gate vertical MOSFET.

特表2006-520091号公報Special Publication No. 2006-520091

トランジスタにおいて高いアバランシェ耐量を得るためには、アクティブ部のpn接合でアバランシェ降伏を生じさせる必要がある。つまり、アバランシェ降伏時(高電圧印加時)に、アクティブ部よりも絶縁破壊耐量が低いゲートフィンガー部に電界が集中してしまうと、ゲートフィンガー部が先に破壊に至るため、十分なアバランシェ耐量を得ることは困難である。 In order to obtain high avalanche resistance in a transistor, it is necessary to cause avalanche breakdown in the pn junction of the active part. In other words, during avalanche breakdown (when high voltage is applied), if the electric field concentrates on the gate finger part, which has a lower dielectric breakdown strength than the active part, the gate finger part will break down first, so sufficient avalanche strength cannot be achieved. It is difficult to obtain.

本発明の一実施形態は、高いアバランシェ耐量を得ることができるトレンチゲート構造を有する半導体装置を提供する。 One embodiment of the present invention provides a semiconductor device having a trench gate structure that can obtain high avalanche resistance.

本発明の一実施形態は、アクティブ部を含み、SiCからなる半導体層と、前記アクティブ部に形成された複数のMISトランジスタであって、前記アクティブ部は複数のゲートトレンチによって複数の単位セルに区画されており、各前記MISトランジスタが、前記ゲートトレンチの側面に順に沿う第1導電型のソース領域、第2導電型のチャネル領域および第1導電型のドレイン領域を含むMISトランジスタと、ゲートフィンガー部において前記ゲートトレンチの延長部で構成された複数の第1ゲートフィンガートレンチと、前記ゲートトレンチおよび前記第1ゲートフィンガートレンチにゲート絶縁膜を介して埋め込まれたゲート電極と、前記第1ゲートフィンガートレンチの少なくとも底部に形成された第2導電型の第1底部不純物領域であって、前記第1底部不純物領域の底部の少なくとも一部が、断面視において前記半導体層の表面に沿う水平直線を形成するように同じ深さになっている第1底部不純物領域と、前記複数の第1ゲートフィンガートレンチおよび前記ゲート電極に電気的に接続されたゲート導電層と、前記半導体層上に形成されたソース電極と、隣り合う前記ゲートトレンチの間において前記半導体層上に形成された非導電材料を含む第1膜と、前記ソース電極と前記第1膜との間に形成された第1導電膜とを含み、前記ソース電極は、前記半導体層の厚さ方向に突出する突出部を有し、前記半導体層の厚さ方向に交差する方向において、前記第1導電膜との間に境界を形成しており、前記ゲート導電層は、少なくとも前記ゲートフィンガー部に形成され、前記ゲート電極に接続されたゲートフィンガーを含み、前記第1ゲートフィンガートレンチは、前記ゲートフィンガーの下方で前記ゲートフィンガーを横切って外側まで延びるライン形状に形成されている、半導体装置を提供する。 One embodiment of the present invention includes an active part, a semiconductor layer made of SiC, and a plurality of MIS transistors formed in the active part, wherein the active part is divided into a plurality of unit cells by a plurality of gate trenches. each MIS transistor includes a source region of a first conductivity type, a channel region of a second conductivity type, and a drain region of a first conductivity type along the side surface of the gate trench; and a gate finger portion. a plurality of first gate finger trenches configured by extensions of the gate trench; a gate electrode embedded in the gate trench and the first gate finger trench via a gate insulating film; and the first gate finger trench. a first bottom impurity region of a second conductivity type formed at least at the bottom of the semiconductor layer, at least a part of the bottom of the first bottom impurity region forming a horizontal straight line along the surface of the semiconductor layer in cross-sectional view; a first bottom impurity region having the same depth, a gate conductive layer electrically connected to the plurality of first gate finger trenches and the gate electrode, and a source electrode formed on the semiconductor layer. and a first film containing a non-conductive material formed on the semiconductor layer between the adjacent gate trenches, and a first conductive film formed between the source electrode and the first film. , the source electrode has a protrusion that protrudes in the thickness direction of the semiconductor layer, and forms a boundary with the first conductive film in a direction intersecting the thickness direction of the semiconductor layer. , the gate conductive layer includes a gate finger formed in at least the gate finger portion and connected to the gate electrode, and the first gate finger trench extends below the gate finger and across the gate finger to the outside. A semiconductor device is provided which is formed into an extending line shape.

図1(a)(b)は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の模式的な平面図である。図1(a)は全体図、図1(b)は内部拡大図をそれぞれ示す。FIGS. 1A and 1B are schematic plan views of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. FIG. 1(a) shows an overall view, and FIG. 1(b) shows an enlarged internal view. 図2Aは、前記半導体装置の断面図(図1(b)のIIA-IIA線断面図)である。FIG. 2A is a cross-sectional view (a cross-sectional view taken along the line IIA-IIA in FIG. 1(b)) of the semiconductor device. 図2Bは、前記半導体装置の断面図(図1(b)のIIB-IIB線断面図)である。FIG. 2B is a cross-sectional view of the semiconductor device (cross-sectional view taken along the line IIB-IIB in FIG. 1(b)). 図2Cは、前記半導体装置の断面図(図1(b)のIIC-IIC線断面図)である。FIG. 2C is a cross-sectional view of the semiconductor device (cross-sectional view taken along the line IIC-IIC in FIG. 1(b)). 図2Dは、前記半導体装置の断面図(図1(b)のIID-IID線断面図)である。FIG. 2D is a cross-sectional view of the semiconductor device (cross-sectional view taken along the line IID-IID in FIG. 1(b)). 図3は、前記半導体装置のゲートフィンガー部の拡大断面図である。FIG. 3 is an enlarged sectional view of the gate finger portion of the semiconductor device. 図4は、前記半導体装置の製造方法を説明するためのフロー図である。FIG. 4 is a flow diagram for explaining the method for manufacturing the semiconductor device. 図5は、上部エッジに傾斜面を形成する工程を説明するための図である。FIG. 5 is a diagram for explaining the process of forming an inclined surface on the upper edge. 図6は、上部エッジに円形面を形成する工程を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining the process of forming a circular surface on the upper edge. 図7は、前記半導体装置のゲートフィンガー部の一実施形態を説明するための断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining one embodiment of the gate finger portion of the semiconductor device. 図8は、前記半導体装置のゲートフィンガー部の一実施形態を説明するための断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view for explaining one embodiment of the gate finger portion of the semiconductor device. 図9は、前記半導体装置のゲートフィンガー部の一実施形態を説明するための断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining one embodiment of the gate finger portion of the semiconductor device. 図10は、前記半導体装置のゲートフィンガー部の一実施形態を説明するための断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view for explaining one embodiment of the gate finger portion of the semiconductor device. 図11は、前記半導体装置のゲートフィンガー部の一実施形態を説明するための平面図である。FIG. 11 is a plan view for explaining one embodiment of the gate finger portion of the semiconductor device. 図12は、前記半導体装置のゲートフィンガー部の一実施形態を説明するための断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view for explaining one embodiment of the gate finger portion of the semiconductor device. 図13は、前記半導体装置のゲートフィンガー部の一実施形態を説明するための断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view for explaining one embodiment of the gate finger portion of the semiconductor device. 図14は、前記半導体装置のアクティブ部の一実施形態を説明するための断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view for explaining one embodiment of the active portion of the semiconductor device. 図15は、前記半導体装置のアクティブ部の一実施形態を説明するための図である。FIG. 15 is a diagram for explaining one embodiment of the active portion of the semiconductor device.

以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

図1(a)(b)は、本発明の一実施形態に係る半導体装置1の模式的な平面図である。図1(a)は全体図、図1(b)は内部拡大図をそれぞれ示す。 FIGS. 1A and 1B are schematic plan views of a semiconductor device 1 according to an embodiment of the present invention. FIG. 1(a) shows an overall view, and FIG. 1(b) shows an enlarged internal view.

半導体装置1は、SiC(炭化シリコン)を用いたパワーMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)素子(個別素子)を含む。たとえば、図1の紙面における半導体装置1の上下方向の長さは1mm程度である。 The semiconductor device 1 includes a power MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor) element (individual element) using SiC (silicon carbide). For example, the vertical length of the semiconductor device 1 in the paper of FIG. 1 is about 1 mm.

図1(a)に示すように、半導体装置1は、半導体層の一例としてのSiC基板2を含む。SiC基板2は、ベース基板とその上にエピタキシャル成長によって生成された活性層とを含むSiCエピタキシャル基板であってよい。SiC基板2は、その中央部に配置され、電界効果トランジスタとして機能するアクティブ部3と、アクティブ部3を取り囲むゲートフィンガー部4とを備えている。 As shown in FIG. 1(a), a semiconductor device 1 includes a SiC substrate 2 as an example of a semiconductor layer. SiC substrate 2 may be an SiC epitaxial substrate including a base substrate and an active layer epitaxially grown thereon. The SiC substrate 2 includes an active part 3 disposed at the center thereof and functioning as a field effect transistor, and a gate finger part 4 surrounding the active part 3.

たとえばアルミニウムからなるソースパッド5は、アクティブ部3のほぼ全域を覆うように形成されている。ソースパッド5は、平面視略正方形状である。ソースパッド5の周縁部には、ゲートフィンガー部4に沿ってソースパッド5の中央部を取り囲む除去領域6が形成されている。除去領域6は、一部が選択的にソースパッド5の中央部へ向かって窪んでいる。この窪みに、ゲートパッド7が設置されている。たとえばアルミニウムからなるゲートフィンガー8は、ゲートパッド7からゲートフィンガー部4に沿って除去領域6全体に渡って延びている。一対のゲートフィンガー8がゲートパッド7に対して対称な形状で形成されている。 The source pad 5 made of aluminum, for example, is formed to cover almost the entire area of the active part 3. The source pad 5 has a substantially square shape in plan view. A removal region 6 surrounding the center of the source pad 5 along the gate finger section 4 is formed at the peripheral edge of the source pad 5 . A portion of the removed region 6 is selectively depressed toward the center of the source pad 5 . A gate pad 7 is installed in this recess. A gate finger 8 made of aluminum, for example, extends from the gate pad 7 along the gate finger portion 4 over the entire removal region 6 . A pair of gate fingers 8 are formed symmetrically with respect to the gate pad 7.

図1(b)に示すように、ソースパッド5等の直下においてSiC基板2には、ゲートトレンチ9およびゲートフィンガートレンチ10が形成されている。ゲートトレンチ9は、アクティブ部3に形成されている。ゲートトレンチ9は、格子状に形成されている。 As shown in FIG. 1B, a gate trench 9 and a gate finger trench 10 are formed in the SiC substrate 2 directly under the source pad 5 and the like. Gate trench 9 is formed in active section 3 . Gate trench 9 is formed in a lattice shape.

ゲートフィンガートレンチ10は、ゲートフィンガー部4に形成されている。ゲートフィンガートレンチ10は、ゲートトレンチ9と一体的に形成されている。また、ゲートフィンガートレンチ10は、ゲートトレンチ9と同じ幅で形成されている。互いに同じ幅にすることによって、後述するゲート電極22を埋め込む際の埋込不良を防止することができる。 Gate finger trench 10 is formed in gate finger portion 4 . Gate finger trench 10 is integrally formed with gate trench 9. Further, the gate finger trench 10 is formed to have the same width as the gate trench 9. By making the widths the same, it is possible to prevent embedding defects when embedding the gate electrode 22, which will be described later.

ゲートフィンガートレンチ10は、第1ゲートフィンガートレンチ11および第2ゲートフィンガートレンチ12を含む。第1ゲートフィンガートレンチ11は、ゲートトレンチ9の延長部で構成されており、ゲートトレンチ9の各端部からゲートフィンガー部4に引き出されたストライプ状に形成されている。すなわち、第1ゲートフィンガートレンチ11は、ゲートトレンチ9の格子ピッチPと同じピッチで配列されている。第2ゲートフィンガートレンチ12は、隣り合う第1ゲートフィンガートレンチ11の間の領域に複数本形成されている。第2ゲートフィンガートレンチ12は、ゲートトレンチ9の複数の端部に跨る横トレンチ13における端部間の部分14に接続されている。図1(b)では、第2ゲートフィンガートレンチ12は各端部間の部分14に2本ずつ設けられているが、この数は特に限定されない。また、この実施形態では、各第2ゲートフィンガートレンチ12は、第1ゲートフィンガートレンチ11に対して平行である。ゲートフィンガー部4には、第1ゲートフィンガートレンチ11および第2ゲートフィンガートレンチ12からなるゲートフィンガートレンチ10が、格子ピッチPよりも狭いピッチPで配列されることとなる。 Gate finger trench 10 includes a first gate finger trench 11 and a second gate finger trench 12. The first gate finger trench 11 is an extension of the gate trench 9 and is formed in a stripe shape extending from each end of the gate trench 9 to the gate finger section 4 . That is, the first gate finger trenches 11 are arranged at the same pitch as the lattice pitch P1 of the gate trenches 9. A plurality of second gate finger trenches 12 are formed in a region between adjacent first gate finger trenches 11 . The second gate finger trench 12 is connected to a portion 14 between the ends of a lateral trench 13 that spans a plurality of ends of the gate trench 9 . In FIG. 1B, two second gate finger trenches 12 are provided in the portion 14 between each end, but this number is not particularly limited. Also, in this embodiment, each second gate finger trench 12 is parallel to the first gate finger trench 11. In the gate finger section 4, gate finger trenches 10 consisting of a first gate finger trench 11 and a second gate finger trench 12 are arranged at a pitch P2 narrower than the lattice pitch P1 .

なお、ゲートトレンチ9およびゲートフィンガートレンチ10のパターンは、これらの形状に限らない。たとえば、ゲートトレンチ9はストライプ状やハニカム状等であってもよい。また、ゲートフィンガートレンチ10は格子状やハニカム状等であってもよい。 Note that the patterns of the gate trenches 9 and gate finger trenches 10 are not limited to these shapes. For example, the gate trench 9 may have a stripe shape, a honeycomb shape, or the like. Further, the gate finger trench 10 may have a lattice shape, a honeycomb shape, or the like.

アクティブ部3は、ゲートトレンチ9によって、さらに多数の単位セル15に区画されている。アクティブ部3には、多数の単位セル15がマトリクス状(行列状)に規則的に配列されることとなる。各単位セル15の中央部にはソーストレンチ47が形成されている。ソーストレンチ47の底面には、その中央領域にp型チャネルコンタクト領域16(たとえば、濃度1×1018cm-3~5×1021cm-3)が形成され、p型チャネルコンタクト領域16(ソーストレンチ47)を取り囲むようにn型ソース領域17(たとえば、濃度1×1018cm-3~5×1021cm-3)が形成されている。
型ソース領域17は、各単位セル15の側面(ゲートトレンチ9の側面)およびソーストレンチ47の側面を形成している。
The active portion 3 is further divided into a large number of unit cells 15 by gate trenches 9 . In the active section 3, a large number of unit cells 15 are regularly arranged in a matrix. A source trench 47 is formed in the center of each unit cell 15 . A p + type channel contact region 16 (for example, a concentration of 1×10 18 cm −3 to 5×10 21 cm −3 ) is formed in the center region of the bottom surface of the source trench 47 . An n + -type source region 17 (for example, a concentration of 1×10 18 cm −3 to 5×10 21 cm −3 ) is formed to surround (source trench 47).
The n + -type source region 17 forms the side surface of each unit cell 15 (the side surface of the gate trench 9 ) and the side surface of the source trench 47 .

ゲートフィンガー部4においてゲートフィンガー8は、ストライプ状のゲートフィンガートレンチ10を横切る方向に沿って敷設されている。この実施形態では、ゲートフィンガー8は、ゲートフィンガートレンチ10の長手方向終端部(ゲートトレンチ9に対して反対側の端部)よりも内側領域に敷設されていて、ゲートフィンガートレンチ10の終端部はゲートフィンガー8よりも外側にはみ出している。この終端部よりもさらに外側の領域においてSiC基板2には、ゲートフィンガー部4の全周に渡って掘り下げられた低段部18が形成されている。低段部18には、p型のガードリング等(図示せず)が形成されていてもよい。 In the gate finger portion 4, the gate fingers 8 are laid along a direction that traverses a striped gate finger trench 10. In this embodiment, the gate finger 8 is laid in a region inside the longitudinal end of the gate finger trench 10 (the end opposite to the gate trench 9), and the end of the gate finger trench 10 is It protrudes outward from the gate finger 8. A low step portion 18 is formed in the SiC substrate 2 in a region further outside the terminal end portion, which is dug down over the entire circumference of the gate finger portion 4 . A p-type guard ring or the like (not shown) may be formed in the low step portion 18 .

次に、半導体装置1のアクティブ部3およびゲートフィンガー部4の基本的な断面構造を説明する。 Next, the basic cross-sectional structures of the active section 3 and gate finger section 4 of the semiconductor device 1 will be explained.

図2A、図2B、図2Cおよび図2Dは、それぞれ、半導体装置1の断面図(図1(b)のIIA-IIA線断面図、IIB-IIB線断面図、IIC-IIC線断面図およびIID-IID線断面図)である。 2A, 2B, 2C, and 2D are cross-sectional views of the semiconductor device 1 (IIA-IIA line cross-sectional view, IIB-IIB line cross-sectional view, IIC-IIC line cross-sectional view, and IID -IID line sectional view).

前述のように、半導体装置1は、SiC基板2を備えている。SiC基板2は、この実施形態では、n型SiC基板である。SiC基板2の表面部よりも下側の部分は、電界効果トランジスタのn型ドレイン領域20(たとえば、濃度1×1014cm-3~1×1017cm-3)として機能する。 As described above, the semiconductor device 1 includes the SiC substrate 2. SiC substrate 2 is an n-type SiC substrate in this embodiment. A portion of the SiC substrate 2 below the surface portion functions as an n-type drain region 20 (for example, a concentration of 1×10 14 cm −3 to 1×10 17 cm −3 ) of a field effect transistor.

また、SiC基板2の表面21側には、ゲートトレンチ9およびゲートフィンガートレンチ10が形成されている。前述のように、アクティブ部3は、ゲートトレンチ9によって、さらに多数の単位セル15に区画されている。各単位セル15の上面には、n型ソース領域17が形成され、その下部にp型チャネル領域19(たとえば、濃度1×1016cm-3~1×1019cm-3)が形成されている。つまり、図2Aに示すように、ゲートトレンチ9は、n型ソース領域17およびp型チャネル領域19を貫通してn型ドレイン領域20に達している。 Further, a gate trench 9 and a gate finger trench 10 are formed on the front surface 21 side of the SiC substrate 2. As described above, the active section 3 is further divided into a large number of unit cells 15 by the gate trenches 9. An n + type source region 17 is formed on the upper surface of each unit cell 15, and a p type channel region 19 (for example, a concentration of 1×10 16 cm −3 to 1×10 19 cm −3 ) is formed below it. ing. That is, as shown in FIG. 2A, the gate trench 9 penetrates the n + type source region 17 and the p type channel region 19 and reaches the n type drain region 20.

ゲートトレンチ9およびゲートフィンガートレンチ10には、たとえばポリシリコンからなるゲート電極22が一括して埋め込まれている。このゲート電極22とSiC基板2との間にゲート絶縁膜23が介在されている。 A gate electrode 22 made of, for example, polysilicon is buried in the gate trench 9 and the gate finger trench 10 all together. A gate insulating film 23 is interposed between the gate electrode 22 and the SiC substrate 2.

ゲート電極22は、たとえば図1(b)に斜線ハッチングで示されるように、アクティブ部3においては、SiC基板2の表面21までゲートトレンチ9に埋め込まれている。これにより、ゲート電極22も格子状に形成されており、各単位セル15の上面はゲート電極22で覆われずに露出している。一方、ゲートフィンガー部4においては、ゲートフィンガートレンチ10の開口端からSiC基板2の表面21を覆うように形成されたオーバーラップ部24を有している。オーバーラップ部24は、ゲートフィンガー8に沿ってストライプ状のゲートフィンガートレンチ10を横切るように形成されている。 In the active portion 3, the gate electrode 22 is embedded in the gate trench 9 up to the surface 21 of the SiC substrate 2, as shown by diagonal hatching in FIG. 1(b), for example. As a result, the gate electrode 22 is also formed in a grid shape, and the upper surface of each unit cell 15 is exposed without being covered with the gate electrode 22. On the other hand, the gate finger section 4 has an overlap section 24 formed so as to cover the surface 21 of the SiC substrate 2 from the open end of the gate finger trench 10 . The overlap portion 24 is formed along the gate finger 8 and across the striped gate finger trench 10 .

ゲート絶縁膜23は、ゲートトレンチ9の側面上の側面部25、底面上の底面部26およびSiC基板2の表面21上の表面部27を一体的に含む。表面部27は、少なくともオーバーラップ部24とSiC基板2の表面21との間に介在されている。 The gate insulating film 23 integrally includes a side surface portion 25 on the side surface of the gate trench 9, a bottom surface portion 26 on the bottom surface, and a surface portion 27 on the surface 21 of the SiC substrate 2. The surface portion 27 is interposed between at least the overlap portion 24 and the surface 21 of the SiC substrate 2 .

アクティブ部3において、ゲート電極22は、n型ソース領域17とn型ドレイン領域20との間に跨っていて、p型チャネル領域19の表面(ゲートトレンチ9の側面)における反転層(チャネル)の形成を制御する。すなわち、この半導体装置1は、いわゆるトレンチゲート型構造のMOSFETを有している。 In the active part 3, the gate electrode 22 extends between the n + type source region 17 and the n type drain region 20, and forms an inversion layer (channel) on the surface of the p type channel region 19 (side surface of the gate trench 9). control the formation of That is, this semiconductor device 1 has a MOSFET with a so-called trench gate structure.

各単位セル15の中央部にはソーストレンチ47が形成されている。ソーストレンチ47は、ゲートトレンチ9と同じ深さを有している一方、ゲートトレンチ9よりも広い幅を有している。ソーストレンチ47は、n型ソース領域17およびp型チャネル領域19を貫通している。ソーストレンチ47は、平面視において、図1(b)に示すように、外周辺のみによって区画された形状であってよい。この場合、その深さ方向にSiC基板2を切断したときに現れる切断面においては、図2Aに示すように、ソーストレンチ47が1つ現れる(ソーストレンチの第1パターン)。具体的には、図1(b)に示すように、平面視(正)四角形であってもよいし、(正)六角形、円形等であってもよい。 A source trench 47 is formed in the center of each unit cell 15 . Source trench 47 has the same depth as gate trench 9, but has a wider width than gate trench 9. Source trench 47 penetrates n + -type source region 17 and p-type channel region 19 . The source trench 47 may have a shape defined only by the outer periphery, as shown in FIG. 1(b) in plan view. In this case, in the cut surface that appears when the SiC substrate 2 is cut in the depth direction, one source trench 47 appears as shown in FIG. 2A (first pattern of source trenches). Specifically, as shown in FIG. 1(b), it may be a (regular) quadrilateral in plan view, a (regular) hexagon, a circle, or the like.

ソーストレンチ47の下部には、絶縁膜残渣49および電極膜残渣50が残っている。絶縁膜残渣49は、ソーストレンチ47の底面の中央部を露出させるように、ソーストレンチ47のコーナ部およびその周辺に選択的に存在している。電極膜残渣50は、絶縁膜残渣49上のみに存在している。つまり、絶縁膜残渣49および電極膜残渣50の平面パターンは、互いに整合している。 An insulating film residue 49 and an electrode film residue 50 remain below the source trench 47. The insulating film residue 49 is selectively present at the corner portion of the source trench 47 and its periphery so as to expose the center portion of the bottom surface of the source trench 47 . The electrode film residue 50 exists only on the insulating film residue 49. In other words, the planar patterns of the insulating film residue 49 and the electrode film residue 50 are aligned with each other.

また、アクティブ部3では、n型ドレイン領域20にp型領域28(たとえば、濃度1×1016cm-3~1×1019cm-3)が形成されている。p型領域28は、ソーストレンチ47の内面に沿って形成されている。p型領域28は、p型チャネル領域19からソーストレンチ47の側面に沿って縦方向に延び、さらにソーストレンチ47の底面に沿って横方向に延びる外面を有している。p型領域28の縦側の外面は、ゲートトレンチ9から内側に間隔を空けて配置されている。したがって、当該外面とゲートトレンチ9との間の中間領域には、n型ドレイン領域20と、p型領域28に接続されたp型チャネル領域19とが存在している。p型領域28は、p型チャネル領域19に連なるように形成されており、n型ドレイン領域20において、p型チャネル領域19よりも深い位置dまでSiC基板2の裏面に向かって延びている。 Furthermore, in the active portion 3, a p-type region 28 (eg, concentration 1×10 16 cm −3 to 1×10 19 cm −3 ) is formed in the n-type drain region 20 . P-type region 28 is formed along the inner surface of source trench 47. P-type region 28 extends vertically from p-type channel region 19 along the side surfaces of source trench 47 and has an outer surface that extends laterally along the bottom surface of source trench 47 . The vertical outer surface of p-type region 28 is spaced inward from gate trench 9 . Therefore, in an intermediate region between the outer surface and the gate trench 9, an n-type drain region 20 and a p-type channel region 19 connected to a p-type region 28 are present. The p-type region 28 is formed so as to be continuous with the p-type channel region 19, and extends toward the back surface of the SiC substrate 2 to a position d1 deeper than the p-type channel region 19 in the n-type drain region 20. .

型チャネルコンタクト領域16は、ソーストレンチ47の底面の中央部に選択的に形成されている。また、p型チャネルコンタクト領域16は、絶縁膜残渣49の内外に跨る大きさで形成されている。p型チャネルコンタクト領域16の厚さ(ソーストレンチ47の底面から縦方向の深さ)は、p型領域28の厚さよりも小さい。したがって、p型チャネルコンタクト領域16は、p型領域28の表面部にフローティングした状態で形成されている。 P + type channel contact region 16 is selectively formed in the center of the bottom surface of source trench 47 . Furthermore, the p + type channel contact region 16 is formed to have a size that spans the inside and outside of the insulating film residue 49. The thickness of p + type channel contact region 16 (vertical depth from the bottom surface of source trench 47) is smaller than the thickness of p type region 28. Therefore, p + -type channel contact region 16 is formed in a floating state on the surface of p-type region 28 .

SiC基板2の表面21には、たとえば酸化シリコンからなる層間膜29が形成されている。層間膜29には、アクティブ部3において、p型チャネル領域19の中央領域にコンタクトホール30が選択的に形成されている。このコンタクトホール30は、ソーストレンチ47を選択的に露出させる。また、層間膜29には、ゲートフィンガー部4において、ゲートフィンガー8の直下にコンタクトホール31が選択的に形成されている。コンタクトホール31は、ゲートフィンガー8の幅方向中央において、ゲートフィンガー部4に沿ってアクティブ部3を取り囲む直線状に形成されている。 On the surface 21 of the SiC substrate 2, an interlayer film 29 made of silicon oxide, for example, is formed. A contact hole 30 is selectively formed in the interlayer film 29 in the central region of the p-type channel region 19 in the active portion 3 . This contact hole 30 selectively exposes the source trench 47. Further, in the interlayer film 29, a contact hole 31 is selectively formed directly under the gate finger 8 in the gate finger portion 4. The contact hole 31 is formed in a straight line at the center of the gate finger 8 in the width direction, surrounding the active part 3 along the gate finger part 4 .

層間膜29上には、ソースパッド5およびゲートフィンガー8(ゲートパッド7)が形成されている。ソースパッド5は、全てのコンタクトホール30に一括して入り込んでいて、各単位セル15においてn型ソース領域17およびp型チャネルコンタクト領域16に接続されている。したがって、n型ソース領域17は、ソースパッド5と同電位となる。また、p型チャネル領域19は、p型チャネルコンタクト領域16を介してソースパッド5に接続されるので、このソースパッド5と同電位となる。ゲートフィンガー8は、コンタクトホール31に入り込んでいて、ゲート電極22のオーバーラップ部24に接続されている。したがって、ゲートトレンチ9に埋め込まれたゲート電極22は、オーバーラップ部24を介してゲートフィンガー8に接続されるので、ゲートフィンガー8(ゲートパッド7)と同電位となる。 A source pad 5 and a gate finger 8 (gate pad 7) are formed on the interlayer film 29. The source pad 5 enters all the contact holes 30 at once and is connected to the n + -type source region 17 and the p + -type channel contact region 16 in each unit cell 15 . Therefore, n + type source region 17 has the same potential as source pad 5. Further, since p type channel region 19 is connected to source pad 5 via p + type channel contact region 16, it has the same potential as source pad 5. The gate finger 8 enters the contact hole 31 and is connected to the overlap portion 24 of the gate electrode 22. Therefore, the gate electrode 22 embedded in the gate trench 9 is connected to the gate finger 8 via the overlap portion 24, and therefore has the same potential as the gate finger 8 (gate pad 7).

図3は、半導体装置1のゲートフィンガー部4の拡大断面図である。図3において、前述した図1および2に示された各部と対応する部分には同一の参照符号を付して示す。また、図3では、ゲートフィンガー8および層間膜29を省略している。 FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the gate finger section 4 of the semiconductor device 1. In FIG. 3, parts corresponding to those shown in FIGS. 1 and 2 described above are given the same reference numerals. Further, in FIG. 3, the gate finger 8 and the interlayer film 29 are omitted.

ゲート絶縁膜23の側面部25は、ゲートフィンガートレンチ10の上部エッジ32においてゲートフィンガートレンチ10の内方へ突出するように、当該側面部25の他の部分に比べて選択的に厚くなったオーバーハング部33を含む。このオーバーハング部33は、ゲートトレンチ9の上部エッジ(図示せず)に採用されてもよい。 The side surface portion 25 of the gate insulating film 23 has an overcoat that is selectively thicker than other portions of the side surface portion 25 so as to protrude inward from the gate finger trench 10 at the upper edge 32 of the gate finger trench 10. It includes a hang part 33. This overhang portion 33 may be employed at the upper edge (not shown) of the gate trench 9.

上部エッジ32は、ゲートフィンガートレンチ10の側面とSiC基板2の表面21とが交わってできる交線を含む角部のことである。図3では、上部エッジ32が、SiC基板2の表面21とゲートフィンガートレンチ10の側面とを連ならせる傾斜面34となっている。つまり、ゲートフィンガートレンチ10の上部エッジ32が面取りされた形状となっている。なお、この傾斜面34に代えて、円形面39(図6参照)を採用してもよい。円形面39によって、ゲートフィンガートレンチ10の上部エッジ32は、鋭くならずに丸みを帯びることとなる。 The upper edge 32 is a corner including a line of intersection formed by the side surface of the gate finger trench 10 and the surface 21 of the SiC substrate 2. In FIG. 3, the upper edge 32 is an inclined surface 34 that connects the surface 21 of the SiC substrate 2 and the side surface of the gate finger trench 10. That is, the upper edge 32 of the gate finger trench 10 has a chamfered shape. Note that instead of this inclined surface 34, a circular surface 39 (see FIG. 6) may be employed. The circular surface 39 causes the upper edge 32 of the gate finger trench 10 to be rounded rather than sharp.

半導体装置1では、ゲートフィンガー8にオン電圧を印加すると、これによってゲート電極22のオーバーラップ部24にもオン電圧がかかる。そのため、オーバーラップ部24から発生する電界がゲートフィンガートレンチ10の上部エッジ32に集中しやすい。その結果、ゲートフィンガートレンチ10の上部エッジ32においてゲート絶縁膜23が絶縁破壊するおそれがある。しかしながら、オーバーハング部33によって、上部エッジ32におけるゲート絶縁膜23の耐圧を向上させることができる。そのため、ゲートのオン時に上部エッジ32に電界が集中しても、上部エッジ32でのゲート絶縁膜23の絶縁破壊を防止することができる。その結果、ゲートオン電圧に対する信頼性を向上させることができる。 In the semiconductor device 1, when an on-voltage is applied to the gate finger 8, an on-voltage is also applied to the overlap portion 24 of the gate electrode 22. Therefore, the electric field generated from the overlap portion 24 tends to concentrate on the upper edge 32 of the gate finger trench 10. As a result, there is a risk of dielectric breakdown of the gate insulating film 23 at the upper edge 32 of the gate finger trench 10. However, the overhang portion 33 can improve the breakdown voltage of the gate insulating film 23 at the upper edge 32. Therefore, even if an electric field concentrates on the upper edge 32 when the gate is turned on, dielectric breakdown of the gate insulating film 23 at the upper edge 32 can be prevented. As a result, reliability with respect to gate-on voltage can be improved.

ゲート絶縁膜23の各部の厚さの関係について、底面部26の厚さtが表面部27の厚さt以上であり(t≧t)、厚さt,tが共に側面部25(オーバーハング部33を除く)の厚さtに比べて大きいことが好ましい。つまり、t≧t>tの関係を満たしている。この構成によって、底面部26を介して向かい合うゲート電極22とSiC基板2とによって構成されるキャパシタの容量を低減することができる。その結果、ゲート全体としての容量(ゲート容量)を低減することができる。また、底面部26の耐圧を向上させることができるので、ゲートのオフ時における底面部26の絶縁破壊を防止することもできる。また、表面部27も厚いので、表面部27を介して向かい合うゲート電極22(オーバーラップ部24)とSiC基板2とによって構成されるキャパシタの容量を低減することができる。その結果、ゲート全体としての容量(ゲート容量)を低減することができる。 Regarding the relationship between the thicknesses of each part of the gate insulating film 23, the thickness t 2 of the bottom part 26 is greater than or equal to the thickness t 1 of the surface part 27 (t 2 ≧t 1 ), and both the thicknesses t 1 and t 2 are It is preferable that the thickness is larger than the thickness t3 of the side surface portion 25 (excluding the overhang portion 33). In other words, the relationship t 2 ≧t 1 >t 3 is satisfied. With this configuration, the capacitance of the capacitor formed by the gate electrode 22 and the SiC substrate 2 facing each other with the bottom surface portion 26 interposed therebetween can be reduced. As a result, the capacitance of the entire gate (gate capacitance) can be reduced. Further, since the withstand voltage of the bottom portion 26 can be improved, dielectric breakdown of the bottom portion 26 when the gate is turned off can be prevented. Further, since the surface portion 27 is also thick, the capacitance of the capacitor formed by the gate electrode 22 (overlap portion 24) and the SiC substrate 2 facing each other via the surface portion 27 can be reduced. As a result, the capacitance of the entire gate (gate capacitance) can be reduced.

ゲートフィンガートレンチ10の底部における下部エッジが、ゲートフィンガートレンチ10の側面と底面とを連ならせる円形面35である。つまり、ゲートフィンガートレンチ10の下部エッジが鋭くなっておらず、円形面35によって丸みを帯びている。この構成によって、ゲートのオフ時に下部エッジにかかる電界を円形面35内に分散させることができるので、下部エッジでの電界集中を緩和することができる。 A lower edge at the bottom of the gate finger trench 10 is a circular surface 35 that connects the side surface and the bottom surface of the gate finger trench 10. That is, the lower edge of the gate finger trench 10 is not sharp, but is rounded by the circular surface 35. With this configuration, the electric field applied to the lower edge when the gate is off can be dispersed within the circular surface 35, so that concentration of the electric field at the lower edge can be alleviated.

また、SiC基板2の表面21側には、表面部不純物領域の一例としてのp型領域36(たとえば、濃度1×1016cm-3~1×1019cm-3)が形成されている。p型領域36は、隣り合うゲートフィンガートレンチ10の間の領域37(一方のゲートフィンガートレンチ10から他方のゲートフィンガートレンチ10までSiC基板2の表面21が連続する平坦領域)の全体に亘って形成されている。p型領域36は、ゲートフィンガートレンチ10よりも浅く形成され、たとえば、アクティブ部3のp型チャネル領域19(図2A参照)と同じ深さで形成されている。 Further, on the front surface 21 side of the SiC substrate 2, a p-type region 36 (for example, a concentration of 1×10 16 cm −3 to 1×10 19 cm −3 ) is formed as an example of a surface impurity region. The p-type region 36 is formed over the entire region 37 between adjacent gate finger trenches 10 (a flat region where the surface 21 of the SiC substrate 2 is continuous from one gate finger trench 10 to the other gate finger trench 10). has been done. The p-type region 36 is formed shallower than the gate finger trench 10, and is formed, for example, at the same depth as the p-type channel region 19 of the active section 3 (see FIG. 2A).

また、ゲートフィンガートレンチ10の底部には、電界緩和領域の一例としての底部p型領域38(たとえば、濃度1×1016cm-3~1×1019cm-3)が形成されている。底部p型領域38は、p型領域36に連なっている。具体的には、底部p型領域38は、p型領域36の下方でゲートフィンガートレンチ10に露出するn型ドレイン領域20が隠れるように、ゲートフィンガートレンチ10の底面および側面に形成されており、その上端部でp型領域36に連なっている。したがって、ゲートフィンガートレンチ10の幅方向に関しては、複数の底部p型領域38およびp型領域36が交互に連続して形成されている。一方、底部p型領域38は、ゲートフィンガートレンチ10の長手方向に関しては、図2Dに示すように、ゲートフィンガートレンチ10の先端側において、ゲートフィンガートレンチ10と低段部18との境界部を横切り、低段部18にまで至っている。一方、ゲートフィンガートレンチ10の基端側(ゲートトレンチ9の側)では、横トレンチ13の底部にも形成され、さらに、横トレンチ13の側部においてp型チャネル領域19と一体となっている。これにより、底部p型領域38は、p型チャネル領域19に電気的に接続されている。むろん、p型領域36も、底部p型領域38を介してp型チャネル領域19に電気的に接続されている。また、底部p型領域38の深さdは、アクティブ部3におけるp型不純物領域の最深部(この実施形態では、p型領域28の底部)の深さdと同じか、深さdよりも小さいことが好ましい(d≧d)。この深さd,dの大小関係を保持することによって、高電圧印加時におけるゲートフィンガー部4に対する電界集中の緩和効果を一層高めることができる。 Furthermore, a bottom p-type region 38 (eg, concentration 1×10 16 cm −3 to 1×10 19 cm −3 ) as an example of an electric field relaxation region is formed at the bottom of the gate finger trench 10 . Bottom p-type region 38 is continuous with p-type region 36. Specifically, the bottom p-type region 38 is formed on the bottom and side surfaces of the gate finger trench 10 so as to hide the n-type drain region 20 exposed in the gate finger trench 10 below the p-type region 36. It is connected to the p-type region 36 at its upper end. Therefore, in the width direction of gate finger trench 10, a plurality of bottom p-type regions 38 and p-type regions 36 are formed in succession alternately. On the other hand, in the longitudinal direction of the gate finger trench 10, the bottom p-type region 38 crosses the boundary between the gate finger trench 10 and the low step portion 18 on the tip side of the gate finger trench 10, as shown in FIG. 2D. , reaching the low step portion 18. On the other hand, on the base end side of the gate finger trench 10 (gate trench 9 side), it is also formed at the bottom of the horizontal trench 13, and is further integrated with the p-type channel region 19 at the side of the horizontal trench 13. Thereby, bottom p-type region 38 is electrically connected to p-type channel region 19. Of course, the p-type region 36 is also electrically connected to the p-type channel region 19 via the bottom p-type region 38. Further, the depth d 2 of the bottom p-type region 38 is either the same as the depth d 1 of the deepest part of the p-type impurity region in the active region 3 (the bottom of the p-type region 28 in this embodiment), or the depth d It is preferably smaller than 1 (d 1 ≧d 2 ). By maintaining the size relationship between the depths d 1 and d 2 , it is possible to further enhance the effect of alleviating electric field concentration on the gate finger portion 4 when a high voltage is applied.

図4は、半導体装置1の製造方法を説明するためのフロー図である。 FIG. 4 is a flow diagram for explaining the method for manufacturing the semiconductor device 1. As shown in FIG.

半導体装置1を製造するには、たとえば、SiC基板2の表面21に選択的に不純物を注入し、アニール処理する(ステップS1)。これにより、p型チャネル領域19、n型ソース領域17、p型チャネルコンタクト領域16等の不純物領域が形成される。次に、所定パターンでSiC基板2を表面21からエッチングすることによって、SiC基板2に、ゲートトレンチ9、ゲートフィンガートレンチ10およびソーストレンチ47が同時に形成される(ステップS2)。 To manufacture the semiconductor device 1, for example, impurities are selectively implanted into the surface 21 of the SiC substrate 2, and annealing treatment is performed (step S1). As a result, impurity regions such as the p type channel region 19, the n + type source region 17, the p + type channel contact region 16, etc. are formed. Next, gate trenches 9, gate finger trenches 10, and source trenches 47 are simultaneously formed in SiC substrate 2 by etching SiC substrate 2 in a predetermined pattern from surface 21 (step S2).

次の工程は、p型領域28および底部p型領域38の形成である。p型領域28および底部p型領域38の形成は、イオン注入およびアニール処理によって行われる(ステップS3)。たとえば、p型領域28および底部p型領域38を形成すべき領域以外を覆うマスクをSiC基板2上に形成し、当該マスクを介してp型不純物(イオン)を注入する。底部p型領域38は、ゲートフィンガートレンチ10の側面および底面に注入されたp型不純物によって形成される。注入後、アニール処理が行われる。 The next step is the formation of p-type region 28 and bottom p-type region 38. Formation of p-type region 28 and bottom p-type region 38 is performed by ion implantation and annealing treatment (step S3). For example, a mask is formed on the SiC substrate 2 to cover areas other than those where the p-type region 28 and the bottom p-type region 38 are to be formed, and p-type impurities (ions) are implanted through the mask. Bottom p-type region 38 is formed by p-type impurities implanted into the side and bottom surfaces of gate finger trench 10. After implantation, an annealing process is performed.

次の工程は、ゲート絶縁膜23の形成である(ステップS4)。ゲート絶縁膜23の形成は、ゲートフィンガートレンチ10の上部エッジ32において他の部分に比べて選択的に厚くなるオーバーハング部33が形成されるように、所定の条件(ガス流量、ガス種、ガス比率、ガス供給時間等)下でのCVD法を用いてゲートトレンチ9およびゲートフィンガートレンチ10内に絶縁材料を堆積させる。これによって、オーバーハング部33を有するゲート絶縁膜23が形成される。 The next step is the formation of the gate insulating film 23 (step S4). The gate insulating film 23 is formed under predetermined conditions (gas flow rate, gas type, gas An insulating material is deposited in the gate trenches 9 and gate finger trenches 10 using a CVD method under the following conditions: ratio, gas supply time, etc.). As a result, a gate insulating film 23 having an overhang portion 33 is formed.

ここで、図3に示したように上部エッジ32に傾斜面34を形成する場合には、ゲートトレンチ9の形成後ゲート絶縁膜23の形成前に、SiC基板2を熱酸化する。具体的には、図5に示すように、SiC基板2を熱酸化することによって、犠牲酸化膜40が形成される。犠牲酸化膜40の形成に際して、ゲートフィンガートレンチ10近傍では、SiC基板2の表面21およびゲートフィンガートレンチ10の側面の両方から一様に酸化が始まる。そのため、上部エッジ32ではSiC基板2の表面21から進行した酸化膜と、ゲートフィンガートレンチ10の側面から進行した酸化膜が、他の領域に比べて先に一体化する。これによって一体化した酸化膜の下方に傾斜面34が形成されることとなる。その後、犠牲酸化膜40を除去し、ゲート絶縁膜23をCVD法で形成すればよい。 Here, when forming the inclined surface 34 on the upper edge 32 as shown in FIG. 3, the SiC substrate 2 is thermally oxidized after the gate trench 9 is formed and before the gate insulating film 23 is formed. Specifically, as shown in FIG. 5, a sacrificial oxide film 40 is formed by thermally oxidizing the SiC substrate 2. When forming the sacrificial oxide film 40, oxidation starts uniformly from both the surface 21 of the SiC substrate 2 and the side surfaces of the gate finger trench 10 in the vicinity of the gate finger trench 10. Therefore, in the upper edge 32, the oxide film that has progressed from the surface 21 of the SiC substrate 2 and the oxide film that has progressed from the side surface of the gate finger trench 10 are integrated earlier than in other regions. As a result, an inclined surface 34 is formed below the integrated oxide film. Thereafter, the sacrificial oxide film 40 may be removed and the gate insulating film 23 may be formed by CVD.

一方、上部エッジ32に円形面39を形成する場合には、ゲートフィンガートレンチ10の形成後ゲート絶縁膜23の形成前に、SiC基板2をHアニール処理する。具体的には、図6に示すように、SiC基板2に対して1400℃以上でHアニール(Hエッチング)を施すことによって、上部エッジ32に円形面39が形成される。 On the other hand, when forming the circular surface 39 on the upper edge 32, the SiC substrate 2 is subjected to H 2 annealing after the gate finger trench 10 is formed and before the gate insulating film 23 is formed. Specifically, as shown in FIG. 6, a circular surface 39 is formed on the upper edge 32 by subjecting the SiC substrate 2 to H 2 annealing (H 2 etching) at 1400° C. or higher.

再び図4に戻って、ゲート絶縁膜23の形成後、ゲートトレンチ9およびゲートフィンガートレンチ10を埋め戻し、ゲートトレンチ9およびゲートフィンガートレンチ10全体が隠れるまでポリシリコンを堆積する(ステップS5)。そして、堆積したポリシリコンをパターニングすることによって、アクティブ部3においてはゲートトレンチ9外のポリシリコンを除去し、同時に、ゲートフィンガー部4においてはポリシリコンをオーバーラップ部24として残存させる。この際、ソーストレンチ47には、残ったポリシリコン材料からなる電極膜残渣50が形成される。 Returning to FIG. 4 again, after forming the gate insulating film 23, the gate trench 9 and the gate finger trench 10 are backfilled, and polysilicon is deposited until the gate trench 9 and the gate finger trench 10 are completely covered (step S5). Then, by patterning the deposited polysilicon, the polysilicon outside the gate trench 9 is removed in the active part 3, and at the same time, the polysilicon remains as an overlap part 24 in the gate finger part 4. At this time, an electrode film residue 50 made of the remaining polysilicon material is formed in the source trench 47.

次に、CVD法によって、SiC基板2上に、層間膜29を形成する(ステップS6)。次に、層間膜29をパターニングすることによって、コンタクトホール30およびコンタクトホール31を同時に形成する(ステップS7)。この際、ソーストレンチ47には、電極膜残渣50とソーストレンチ47の内面とで挟まれた部分に、ゲート絶縁膜23の一部が絶縁膜残渣49として残ることとなる。 Next, an interlayer film 29 is formed on the SiC substrate 2 by the CVD method (step S6). Next, contact holes 30 and contact holes 31 are simultaneously formed by patterning interlayer film 29 (step S7). At this time, part of the gate insulating film 23 remains in the source trench 47 as an insulating film residue 49 in a portion sandwiched between the electrode film residue 50 and the inner surface of the source trench 47 .

次に、スパッタ法、蒸着法によって、層間膜29上にアルミニウム等の金属材料を堆積させる(ステップS8)。これにより、ソースパッド5、ゲートパッド7およびゲートフィンガー8が形成される。以上の工程等を経て、半導体装置1が得られる。 Next, a metal material such as aluminum is deposited on the interlayer film 29 by sputtering or vapor deposition (step S8). As a result, source pad 5, gate pad 7, and gate finger 8 are formed. Through the above steps, etc., the semiconductor device 1 is obtained.

半導体装置1によれば、底部p型領域38が形成されているので、底部p型領域38とn型ドレイン領域20との接合(pn接合)によって生じる空乏層を、ゲートフィンガートレンチ10付近に発生させることができる。そして、この空乏層の存在によって、等電位面をゲート絶縁膜23から遠ざけることができる。その結果、ゲートフィンガートレンチ10の底部においてゲート絶縁膜23にかかる電界を緩和することができる。また、ゲートフィンガー部4の底部p型領域38を、アクティブ部3のp型領域28と同一の工程で形成することができるので、半導体装置1の製造工程を簡略化することもできる。 According to the semiconductor device 1, since the bottom p-type region 38 is formed, a depletion layer generated by the junction (pn junction) between the bottom p-type region 38 and the n-type drain region 20 is generated near the gate finger trench 10. can be done. The presence of this depletion layer allows the equipotential surface to be moved away from the gate insulating film 23. As a result, the electric field applied to the gate insulating film 23 at the bottom of the gate finger trench 10 can be relaxed. Further, since the bottom p-type region 38 of the gate finger section 4 can be formed in the same process as the p-type region 28 of the active section 3, the manufacturing process of the semiconductor device 1 can also be simplified.

さらに、ゲートフィンガートレンチ10のピッチPがゲートトレンチ9の格子ピッチPよりも狭くされていることで(図2B参照)、ゲートフィンガー部4において、底部p型領域38の密度を高くすることができる。そのため、高電圧印加時に、ゲートフィンガー部4に対する電界集中を緩和し、ゲートフィンガー部4におけるアバランシェ降伏の発生を軽減することができる。その結果、アバランシェ降伏をアクティブ部3で優先的に発生させることができるので、高いアバランシェ耐量を実現することができる。 Furthermore, since the pitch P2 of the gate finger trenches 10 is narrower than the lattice pitch P1 of the gate trenches 9 (see FIG. 2B), the density of the bottom p-type region 38 in the gate finger portion 4 can be increased. Can be done. Therefore, when a high voltage is applied, electric field concentration on the gate finger portion 4 can be alleviated, and occurrence of avalanche breakdown in the gate finger portion 4 can be reduced. As a result, avalanche breakdown can occur preferentially in the active section 3, so that high avalanche tolerance can be achieved.

たとえば、本願発明者の実験結果によれば、図1~図3に示す構造の半導体装置1において、ピッチPを6μmから2μmに狭くすれば、高電圧印加時にゲートフィンガートレンチ10の底部にかかる電界が、約0.7倍にまで緩和できることが分かった。これによって、ピッチ変更前に比べて約8倍のアバランシェ電流に耐えることが分かった。 For example, according to the experimental results of the present inventor, in the semiconductor device 1 having the structure shown in FIGS. 1 to 3, if the pitch P2 is narrowed from 6 μm to 2 μm, the It was found that the electric field could be relaxed to about 0.7 times. As a result, it was found that the avalanche current could be withstood approximately eight times as much as before the pitch was changed.

しかも、ゲートフィンガー部4の電界緩和のための構造が、ゲートフィンガートレンチ10の底部に形成された底部p型領域38であるため、ゲートフィンガートレンチ10の底部から比較的浅くp型不純物領域を形成する程度で、ゲートフィンガートレンチ10の底部よりも深い電界緩和領域を容易に形成することができる。 Moreover, since the structure for mitigating the electric field in the gate finger section 4 is the bottom p-type region 38 formed at the bottom of the gate finger trench 10, the p-type impurity region is formed relatively shallowly from the bottom of the gate finger trench 10. By doing so, it is possible to easily form an electric field relaxation region deeper than the bottom of the gate finger trench 10.

図7~図13は、半導体装置1のゲートフィンガー部4の一実施形態を説明するための図である。また、図14および図15は、半導体装置1のアクティブ部3の一実施形態を説明するための図である。 7 to 13 are diagrams for explaining one embodiment of the gate finger section 4 of the semiconductor device 1. FIG. Further, FIGS. 14 and 15 are diagrams for explaining one embodiment of the active section 3 of the semiconductor device 1.

図7に示すように、半導体装置1は、第1ゲートフィンガートレンチ11の間に、第2ゲートフィンガートレンチ12を有していなくてもよい。この場合、隣り合う第1ゲートフィンガートレンチ11の間の領域が平坦領域37として形成され、p型領域36が当該平坦領域37の全体に亘って形成されている。図7では、ゲートフィンガー部4の電界緩和のための構造は、p型突出領域41として形成されている。p型突出領域41は、p型領域36に連なっており、p型領域36から選択的に下方に突出している。突出位置は、たとえば、前述の第2ゲートフィンガートレンチ12の形成位置である。p型突出領域41は、第1ゲートフィンガートレンチ11の底部p型領域38と同じ深さdで形成されていてもよい。また、p型突出領域41は、第2ゲートフィンガートレンチ12と同様に第1ゲートフィンガートレンチ11に対して平行なストライプ状であってもよいし、第1ゲートフィンガートレンチ11の長手方向に沿って選択的に突出する形状であってもよい。なお、p型突出領域41は、p型領域28を形成するためのイオン注入・アニール工程によって形成すればよい。 As shown in FIG. 7, the semiconductor device 1 does not need to have the second gate finger trenches 12 between the first gate finger trenches 11. In this case, a region between adjacent first gate finger trenches 11 is formed as a flat region 37, and a p-type region 36 is formed over the entire flat region 37. In FIG. 7, the structure for mitigating the electric field in the gate finger portion 4 is formed as a p-type protruding region 41. In FIG. The p-type protruding region 41 is continuous with the p-type region 36 and selectively protrudes downward from the p-type region 36. The protruding position is, for example, the formation position of the second gate finger trench 12 described above. The p-type protruding region 41 may be formed to have the same depth d 2 as the bottom p-type region 38 of the first gate finger trench 11 . Further, the p-type protruding region 41 may have a stripe shape parallel to the first gate finger trench 11 similarly to the second gate finger trench 12, or may have a stripe shape parallel to the first gate finger trench 11. It may also have a selectively protruding shape. Note that the p-type protruding region 41 may be formed by an ion implantation/annealing process for forming the p-type region 28.

この構成によれば、ゲートフィンガー部4において、第1ゲートフィンガートレンチ11よりも深いp型領域のピッチPを、ゲートトレンチ9の格子ピッチPよりも狭くすることができる。よって、ゲートフィンガー部4において、底部p型領域38およびp型突出領域41の密度を高くすることができる。そのため、高電圧印加時に、ゲートフィンガー部4に対する電界集中を緩和し、ゲートフィンガー部4におけるアバランシェ降伏の発生を軽減することができる。その結果、アバランシェ降伏をアクティブ部3で優先的に発生させることができるので、高いアバランシェ耐量を実現することができる。 According to this configuration, in the gate finger portion 4, the pitch P2 of the p-type region deeper than the first gate finger trench 11 can be made narrower than the lattice pitch P1 of the gate trench 9. Therefore, in the gate finger portion 4, the density of the bottom p-type region 38 and the p-type protrusion region 41 can be increased. Therefore, when a high voltage is applied, electric field concentration on the gate finger portion 4 can be alleviated, and occurrence of avalanche breakdown in the gate finger portion 4 can be reduced. As a result, avalanche breakdown can occur preferentially in the active section 3, so that high avalanche tolerance can be achieved.

さらに、p型突出領域41がSiC基板2の平坦領域37に形成されるため、たとえイオン注入の際のマスクの位置ずれが生じても、高い確率で、p型突出領域41を狙った深さ位置に形成することができる。 Furthermore, since the p-type protrusion region 41 is formed in the flat region 37 of the SiC substrate 2, even if the mask position shifts during ion implantation, the depth aimed at the p-type protrusion region 41 can be achieved with high probability. can be formed in position.

たとえば、p型の不純物領域をSiC基板2にイオン注入によって形成される場合、その深さは、注入エネルギによって制御される。注入エネルギが大きければ大きいほど、SiC基板2の表面21から、より深い位置にp型の不純物領域を形成することができる。注入エネルギは、狙いの深さ位置に応じて決定されるものであるから、注入の前段階でマスクの位置ずれが生じると、狙った深さ位置に不純物領域を形成できないことがある。たとえば、前述のように、ゲートフィンガートレンチ10の底部p型領域38を形成するときのエネルギ条件は、イオンの注入面(ゲートフィンガートレンチ10の底面)を基準面として、そこからの深さに応じて決定される。しかしながら、マスクがゲートフィンガートレンチ10に対して横にずれると、深さの基準面がSiC基板2の表面21(ゲートフィンガートレンチ10の開口端)にまで上がってしまい、狙った位置よりも浅い位置にしか不純物領域が形成されないおそれがある。しかしながら、この構成によれば、p型突出領域41が平坦領域37に形成されるため、たとえマスクの位置ずれが生じても、イオン注入の基準面の高さ位置がほとんど変わらない。よって、上記の効果を得ることができる。 For example, when a p-type impurity region is formed by ion implantation into the SiC substrate 2, its depth is controlled by the implantation energy. The greater the implantation energy, the deeper the p-type impurity region can be formed from the surface 21 of the SiC substrate 2. Since the implantation energy is determined depending on the target depth position, if a mask misalignment occurs before implantation, it may not be possible to form an impurity region at the target depth position. For example, as described above, the energy conditions when forming the bottom p-type region 38 of the gate finger trench 10 are determined based on the depth from the ion implantation surface (the bottom surface of the gate finger trench 10) as a reference plane. Determined by However, if the mask shifts laterally with respect to the gate finger trench 10, the depth reference plane will rise to the surface 21 of the SiC substrate 2 (the opening end of the gate finger trench 10), and the depth will be shallower than the intended position. There is a possibility that an impurity region will be formed only in this case. However, according to this configuration, since the p-type protruding region 41 is formed in the flat region 37, even if the mask is misaligned, the height position of the reference plane for ion implantation hardly changes. Therefore, the above effects can be obtained.

また、半導体装置1は、図7のp型突出領域41に代えて、図8に示すように、p型領域36から下方に間隔を空けて形成されたp型フローティング領域42を有していてもよい。p型フローティング領域42の形成位置は、たとえば、前述の第2ゲートフィンガートレンチ12の形成位置である。また、p型フローティング領域42は、第2ゲートフィンガートレンチ12と同様に第1ゲートフィンガートレンチ11に対して平行なストライプ状であってもよいし、第1ゲートフィンガートレンチ11の長手方向に沿って選択的に点在していてもよい。 Further, in place of the p-type protruding region 41 in FIG. 7, the semiconductor device 1 has a p-type floating region 42 formed downwardly from the p-type region 36 at an interval, as shown in FIG. Good too. The formation position of the p-type floating region 42 is, for example, the formation position of the second gate finger trench 12 described above. Further, the p-type floating region 42 may have a stripe shape parallel to the first gate finger trench 11 similarly to the second gate finger trench 12, or may have a stripe shape parallel to the first gate finger trench 11. They may be selectively scattered.

図9に示すように、半導体装置1は、p型領域36の下部全体に連なるp型領域43を有していてもよい。p型領域43は、SiC基板2の表面21に沿う横方向においては、第1ゲートフィンガートレンチ11の底部p型領域38と連なって一体化している。また、p型領域43は、第1ゲートフィンガートレンチ11の底部p型領域38と同じ深さdで形成されていてもよい。これにより、平坦領域37では、一方の第1ゲートフィンガートレンチ11から他方の第1ゲートフィンガートレンチ11まで、第1ゲートフィンガートレンチ11よりも深い領域でp型の不純物領域が連続して形成されている。すなわち、隣り合う第1ゲートフィンガートレンチ11の間の領域が全て、第1ゲートフィンガートレンチ11よりも深いp型領域で覆われる。したがって、ゲートフィンガー部4における当該p型領域の密度を高くすることができる。 As shown in FIG. 9, the semiconductor device 1 may have a p-type region 43 that extends over the entire lower part of the p-type region 36. The p-type region 43 is continuous and integrated with the bottom p-type region 38 of the first gate finger trench 11 in the lateral direction along the surface 21 of the SiC substrate 2 . Further, the p-type region 43 may be formed to have the same depth d 2 as the bottom p-type region 38 of the first gate finger trench 11 . As a result, in the flat region 37, a p-type impurity region is continuously formed in a region deeper than the first gate finger trench 11 from one first gate finger trench 11 to the other first gate finger trench 11. There is. That is, the entire region between adjacent first gate finger trenches 11 is covered with a p-type region deeper than the first gate finger trenches 11. Therefore, the density of the p-type region in the gate finger portion 4 can be increased.

図10に示すように、半導体装置1は、p型領域36内にn型領域44を有していてもよい。n型領域44は、アクティブ部3のn型ソース領域17(図2A参照)と同じ深さ位置に形成されていてもよい。 As shown in FIG. 10, the semiconductor device 1 may have an n + type region 44 within the p type region 36. The n + type region 44 may be formed at the same depth as the n + type source region 17 (see FIG. 2A) of the active part 3.

図11に示すように、半導体装置1は、第1ゲートフィンガートレンチ11に対して平行な第2ゲートフィンガートレンチ12に代えて、第1ゲートフィンガートレンチ11に交差する方向に延びる第2ゲートフィンガートレンチ45を有していてもよい。第2ゲートフィンガートレンチ45は、第1ゲートフィンガートレンチ11の長手方向に間隔を空けて複数本形成されていてもよい。これにより、ゲートフィンガートレンチ10が全体として、一方向に延びる第1ゲートフィンガートレンチ11とそれに交差する他方向に延びる第2ゲートフィンガートレンチ45とによって、格子状に形成されていてもよい。そして、第2ゲートフィンガートレンチ45にも、第1ゲートフィンがトレンチ11と同様に(図3参照)、底部p型領域38を形成すればよい。これにより、第2ゲートフィンガートレンチ45に沿う領域では、図12に示すように、一方の第1ゲートフィンガートレンチ11から他方の第1ゲートフィンガートレンチ11まで、第1ゲートフィンガートレンチ11よりも深いp型の不純物領域を連続して形成することができる。 As shown in FIG. 11, the semiconductor device 1 includes a second gate finger trench extending in a direction crossing the first gate finger trench 11 instead of a second gate finger trench 12 parallel to the first gate finger trench 11. 45. A plurality of second gate finger trenches 45 may be formed at intervals in the longitudinal direction of the first gate finger trench 11. Thereby, the gate finger trench 10 as a whole may be formed in a lattice shape by the first gate finger trench 11 extending in one direction and the second gate finger trench 45 extending in the other direction crossing the first gate finger trench 11. Then, the bottom p-type region 38 may be formed in the second gate finger trench 45 as well as in the first gate fin trench 11 (see FIG. 3). As a result, in the region along the second gate finger trench 45, as shown in FIG. The type impurity regions can be formed continuously.

図13に示すように、半導体装置1は、ゲートフィンガートレンチ10の上部エッジ32に傾斜面34や円形面39を有していなくてもよい。つまり、上部エッジ32は、鋭くなっていてもよい。 As shown in FIG. 13, the semiconductor device 1 does not need to have the sloped surface 34 or the circular surface 39 on the upper edge 32 of the gate finger trench 10. That is, the upper edge 32 may be sharp.

また、半導体装置1は、図14に示すように、ソーストレンチ47に代えて、ソーストレンチ48を備えていてもよい。ソーストレンチ48は、平面視において、外周辺および内周辺の両辺によって区画された形状である(図14の左側の図)。この場合、その深さ方向にSiC基板2を切断したときに現れる切断面においては、A-A線断面で示すように、ソーストレンチ48が2つ現れる(ソーストレンチの第2パターン)。具体的には、図14の左側の図に示すように、平面視(正)四角環状であってもよいし、(正)六角環状、円環状等であってもよい。これにより、ソーストレンチ48の内方領域には、ソーストレンチ48の内周辺によって区画された凸部51(メサ部)が形成されている。また、ソーストレンチ48は、ゲートトレンチ9と同じ深さおよび幅を有している。 Further, the semiconductor device 1 may include a source trench 48 instead of the source trench 47, as shown in FIG. The source trench 48 has a shape defined by both sides of the outer periphery and the inner periphery in plan view (the left side diagram in FIG. 14). In this case, in the cut surface that appears when the SiC substrate 2 is cut in the depth direction, two source trenches 48 appear (second pattern of source trenches), as shown in the cross section taken along line AA. Specifically, as shown in the diagram on the left side of FIG. 14, it may have a (regular) square ring shape in plan view, a (regular) hexagonal ring shape, a circular ring shape, or the like. As a result, a convex portion 51 (mesa portion) defined by the inner periphery of the source trench 48 is formed in the inner region of the source trench 48 . Further, source trench 48 has the same depth and width as gate trench 9.

p型領域28は、図2Aの構成と同様に、ソーストレンチ48の外側縁部およびその内方領域の全体に形成されている。したがって、p型領域28は、p型チャネル領域19からソーストレンチ48の側面に沿って縦方向に延び、ソーストレンチ48の底面に沿って横方向に延びる外面を有すると共に、さらに、凸部51の下方において、SiC基板2の表面に沿って横方向に延びる外面を有している。これにより、図14の構成では、凸部51の下方において、ソーストレンチ48よりも深く形成されたp型領域28を有している。この実施形態では、凸部51は、表面部を除く大部分がp型領域28で構成されている。p型チャネルコンタクト領域16は、凸部51の表面部の全体に形成されていてもよい。 P-type region 28 is formed throughout the outer edge of source trench 48 and its inner region, similar to the structure of FIG. 2A. Therefore, p-type region 28 extends vertically from p-type channel region 19 along the side surfaces of source trench 48 and has an outer surface extending horizontally along the bottom surface of source trench 48 . At the bottom, it has an outer surface extending laterally along the surface of the SiC substrate 2 . As a result, in the configuration of FIG. 14, the p-type region 28 is formed deeper than the source trench 48 below the convex portion 51. In this embodiment, most of the convex portion 51 except for the surface portion is composed of the p-type region 28 . The p + type channel contact region 16 may be formed over the entire surface of the convex portion 51 .

また、半導体装置1は、図15に示すように、ソーストレンチ47,48を備えていなくてもよい。p型チャネルコンタクト領域16は、各単位セル15の中央領域に形成されており、このp型チャネルコンタクト領域16を取り囲むようにn型ソース領域17が形成されていてもよい。この場合、半導体装置1は、p型チャネル領域19に連なるp型ピラー層46(たとえば、濃度1×1016cm-3~1×1019cm-3)を備えていてもよい。p型ピラー層46は、各単位セル15のp型チャネル領域19の内方の領域に形成されている。より具体的には、p型ピラー層46は、p型チャネル領域19のほぼ中央の領域において、たとえばp型チャネル領域19と相似形(図1(b)のレイアウトでは平面視四角形)に形成されていてもよい。すなわち、p型ピラー層46は、ほぼ柱状(図1(b)のレイアウトではほぼ四角柱状)に形成されている。これにより、SiC基板2には、適当なピッチで配列されたp型ピラー層46と、互いに隣り合うp型ピラー層46の間に挟まれたn型ドレイン領域20とが表面21に沿う方向に交互に配列されている。 Further, the semiconductor device 1 does not need to include source trenches 47 and 48, as shown in FIG. 15. The p + type channel contact region 16 is formed in the central region of each unit cell 15, and the n + type source region 17 may be formed to surround this p + type channel contact region 16. In this case, the semiconductor device 1 may include a p-type pillar layer 46 (for example, a concentration of 1×10 16 cm −3 to 1×10 19 cm −3 ) continuous to the p-type channel region 19 . The p-type pillar layer 46 is formed in the inner region of the p-type channel region 19 of each unit cell 15. More specifically, the p-type pillar layer 46 is formed, for example, in a similar shape to the p-type channel region 19 (rectangular in plan view in the layout of FIG. 1(b)) in a substantially central region of the p-type channel region 19. You can leave it there. That is, the p-type pillar layer 46 is formed in a substantially columnar shape (substantially square columnar in the layout of FIG. 1(b)). As a result, the SiC substrate 2 has p-type pillar layers 46 arranged at appropriate pitches and an n-type drain region 20 sandwiched between adjacent p-type pillar layers 46 in the direction along the surface 21. arranged alternately.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、さらに他の形態で実施することも可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention can also be implemented in other forms.

たとえば、前述の半導体装置1の各半導体部分の導電型を反転した構成が採用されてもよい。たとえば、半導体装置1において、p型の部分がn型であり、n型の部分がp型であってもよい。 For example, a configuration may be adopted in which the conductivity type of each semiconductor portion of the semiconductor device 1 described above is reversed. For example, in the semiconductor device 1, the p-type portion may be n-type, and the n-type portion may be p-type.

また、半導体装置1に採用される半導体は、SiCに限らず、たとえば、Si、GaN、ダイヤモンド等であってもよい。 Further, the semiconductor employed in the semiconductor device 1 is not limited to SiC, and may be, for example, Si, GaN, diamond, or the like.

また、オーバーラップ部24は、ゲートフィンガー部4に限らず、アクティブ部3に形成されていてもよい。たとえば、各単位セル15の上面が隠れない程度にゲートトレンチ9の開口端の周囲のみを覆うことによって、アクティブ部3にもオーバーラップ部24を形成してもよい。この場合、ゲートトレンチ9にもオーバーハング部33を形成しておけば、前述と同様の耐圧向上効果を得ることができる。すなわち、ゲートフィンガー8の直下の構造は、本発明のオーバーハング部33による耐圧向上の効果を示す一例に過ぎず、同様の効果を得ることができる構造であれば、ゲートフィンガー部だけに限らない。 Further, the overlap portion 24 may be formed not only in the gate finger portion 4 but also in the active portion 3. For example, the overlap portion 24 may also be formed in the active portion 3 by covering only the periphery of the open end of the gate trench 9 to such an extent that the upper surface of each unit cell 15 is not hidden. In this case, if the overhang portion 33 is also formed in the gate trench 9, the same effect of improving the breakdown voltage as described above can be obtained. That is, the structure directly below the gate finger 8 is only one example of the effect of improving the breakdown voltage by the overhang part 33 of the present invention, and the structure is not limited to the gate finger part as long as the structure can achieve the same effect. .

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。 In addition, various design changes can be made within the scope of the claims.

また、前述の実施形態からは、以下の特徴を抽出することができる。 Furthermore, the following features can be extracted from the above-described embodiments.

アクティブ部およびゲートフィンガー部を含む半導体層と、前記アクティブ部に形成されたMISトランジスタであって、ゲートトレンチと、前記ゲートトレンチの側面に順に沿う第1導電型のソース領域、第2導電型のチャネル領域および第1導電型のドレイン領域と含むMISトランジスタと、前記ゲートフィンガー部において前記ゲートトレンチの延長部で構成された複数の第1ゲートフィンガートレンチと、前記ゲートトレンチおよび前記第1ゲートフィンガートレンチにゲート絶縁膜を介して埋め込まれたゲート電極と、前記第1ゲートフィンガートレンチの少なくとも底部に形成された第2導電型の第1底部不純物領域と、前記複数の第1ゲートフィンガートレンチを横切り、前記ゲート電極に電気的に接続されたゲートフィンガーと、隣り合う前記第1ゲートフィンガートレンチの間において、前記第1ゲートフィンガートレンチの底部よりも深く形成された第2導電型の電界緩和領域とを含む、半導体装置が抽出される。 A semiconductor layer including an active part and a gate finger part, and a MIS transistor formed in the active part, comprising a gate trench, a source region of a first conductivity type, and a source region of a second conductivity type along the side surface of the gate trench in this order. a MIS transistor including a channel region and a drain region of a first conductivity type; a plurality of first gate finger trenches configured by extensions of the gate trench in the gate finger portion; the gate trench and the first gate finger trench. a gate electrode embedded through a gate insulating film, a first bottom impurity region of a second conductivity type formed at least at the bottom of the first gate finger trench, and crossing the plurality of first gate finger trenches; a second conductivity type electric field relaxation region formed deeper than a bottom of the first gate finger trench between the gate finger electrically connected to the gate electrode and the first gate finger trench adjacent to each other; Semiconductor devices including the above are extracted.

この構成によれば、電界緩和領域の存在によって、ゲートフィンガー部における第2導電型の不純物領域(第1底部不純物領域および電界緩和領域の両方を含む領域)のピッチを、ゲートトレンチのピッチよりも狭くすることができる。これにより、ゲートフィンガー部において第2導電型の不純物領域の密度を高くできるので、高電圧印加時に、ゲートフィンガー部に対する電界集中を緩和し、ゲートフィンガー部におけるアバランシェ降伏の発生を軽減することができる。その結果、アバランシェ降伏をアクティブ部で優先的に発生させることができるので、高いアバランシェ耐量を実現することができる。 According to this configuration, due to the presence of the electric field relaxation region, the pitch of the second conductivity type impurity region (the region including both the first bottom impurity region and the electric field relaxation region) in the gate finger portion is set to be higher than the pitch of the gate trench. It can be made narrower. As a result, the density of the second conductivity type impurity region can be increased in the gate finger portion, so that when a high voltage is applied, electric field concentration on the gate finger portion can be alleviated, and the occurrence of avalanche breakdown in the gate finger portion can be reduced. . As a result, avalanche breakdown can occur preferentially in the active portion, so high avalanche tolerance can be achieved.

前記半導体装置は、隣り合う前記第1ゲートフィンガートレンチの間に形成され、前記ゲートトレンチと一体的な第2ゲートフィンガートレンチをさらに含み、前記電界緩和領域は、前記第2ゲートフィンガートレンチの少なくとも底部に形成された第2底部不純物領域を含んでいてもよい。 The semiconductor device further includes a second gate finger trench formed between adjacent first gate finger trenches and integral with the gate trench, and the electric field relaxation region covers at least a bottom portion of the second gate finger trench. The second bottom impurity region may be formed in the second bottom impurity region.

この構成によれば、第2ゲートフィンガートレンチの深さを電界緩和領域の深さに算入することができるので、第2ゲートフィンガートレンチの底部から比較的浅く不純物領域を形成する程度で、第1ゲートフィンガートレンチの底部よりも深い電界緩和領域を容易に形成することができる。 According to this configuration, the depth of the second gate finger trench can be included in the depth of the electric field relaxation region, so that the first impurity region can be formed relatively shallowly from the bottom of the second gate finger trench. An electric field relaxation region deeper than the bottom of the gate finger trench can be easily formed.

前記半導体装置では、前記第2ゲートフィンガートレンチは、前記第1ゲートフィンガートレンチに沿って延びていてもよいし、前記第1ゲートフィンガートレンチに交差する方向に延びていてもよい。 In the semiconductor device, the second gate finger trench may extend along the first gate finger trench, or may extend in a direction crossing the first gate finger trench.

前記半導体装置は、隣り合う前記第1ゲートフィンガートレンチの間の領域は、一方の前記第1ゲートフィンガートレンチから他方の前記第1ゲートフィンガートレンチまで前記半導体層の表面が連続する平坦領域を含み、前記半導体装置は、前記平坦領域において、前記第1ゲートフィンガートレンチの底部よりも浅く形成された第2導電型の表面部不純物領域をさらに含む。この場合、前記電界緩和領域は、前記表面部不純物領域に連なるように形成された領域を含んでいてもよいし、前記表面部不純物領域の下方に間隔を空けて形成された領域を含んでいてもよい。 In the semiconductor device, a region between adjacent first gate finger trenches includes a flat region where the surface of the semiconductor layer is continuous from one of the first gate finger trenches to the other first gate finger trench, The semiconductor device further includes a second conductivity type surface impurity region formed shallower than a bottom of the first gate finger trench in the flat region. In this case, the electric field relaxation region may include a region formed so as to be continuous with the surface impurity region, or may include a region formed at intervals below the surface impurity region. Good too.

たとえば、電界緩和領域がイオン注入によって形成される場合、その深さは、注入エネルギによって制御される。注入エネルギが大きければ大きいほど、半導体表面から、より深い位置に電界緩和領域を形成することができる。注入エネルギは、狙いの深さ位置に応じて決定されるものであるから、注入の前段階でマスクの位置ずれが生じると、狙った深さ位置に不純物領域を形成できないことがある。たとえば、トレンチの底部に不純物領域が形成される場合、エネルギ条件は、イオンの注入面(トレンチの底面)を基準面として、そこからの深さに応じて決定される。しかしながら、マスクがトレンチに対して横にずれると、深さの基準面が半導体の表面(トレンチの開口端)にまで上がってしまい、狙った位置よりも浅い位置にしか不純物領域が形成されないおそれがある。 For example, if the field relaxation region is formed by ion implantation, its depth is controlled by the implant energy. The greater the implantation energy, the deeper the electric field relaxation region can be formed from the semiconductor surface. Since the implantation energy is determined depending on the target depth position, if a mask misalignment occurs before implantation, it may not be possible to form an impurity region at the target depth position. For example, when an impurity region is formed at the bottom of a trench, the energy conditions are determined according to the depth from the ion implantation surface (trench bottom surface) as a reference plane. However, if the mask is shifted laterally with respect to the trench, the depth reference plane will rise to the surface of the semiconductor (the opening end of the trench), and there is a risk that the impurity region will be formed only at a shallower position than the targeted position. be.

この構成によれば、電界緩和領域が半導体層の平坦領域に形成されるため、たとえマスクの位置ずれが生じても、イオン注入の基準面の高さ位置がほとんど変わらない。したがって、高い確率で、電界緩和領域を狙った深さ位置に形成することができる。 According to this configuration, since the electric field relaxation region is formed in the flat region of the semiconductor layer, even if the mask is misaligned, the height position of the reference plane for ion implantation hardly changes. Therefore, the electric field relaxation region can be formed at a targeted depth position with high probability.

前記半導体装置では、前記MISトランジスタは、前記チャネル領域に連なり、前記電界緩和領域よりも深く形成された第2導電型の領域をさらに含む。 In the semiconductor device, the MIS transistor further includes a second conductivity type region that is continuous with the channel region and is formed deeper than the electric field relaxation region.

この構成によれば、高電圧印加時におけるゲートフィンガー部に対する電界集中の緩和効果を一層高めることができる。 According to this configuration, the effect of alleviating electric field concentration on the gate finger portion when high voltage is applied can be further enhanced.

また、アクティブ部およびゲートフィンガー部を含む半導体層と、前記アクティブ部に形成されたMISトランジスタであって、所定のピッチPで形成されたゲートトレンチと、前記ゲートトレンチの側面に順に沿う第1導電型のソース領域、第2導電型のチャネル領域および第1導電型のドレイン領域と含むMISトランジスタと、前記ゲートフィンガー部において、前記ゲートトレンチのピッチPよりも狭いピッチPで形成され、前記ゲートトレンチと一体的な複数のゲートフィンガートレンチと、前記ゲートトレンチおよび前記ゲートフィンガートレンチにゲート絶縁膜を介して埋め込まれたゲート電極と、前記ゲートフィンガートレンチの少なくとも底部に形成された第2導電型の底部不純物領域と、前記複数のゲートフィンガートレンチを横切り、前記ゲート電極に電気的に接続されたゲートフィンガーとを含む、半導体装置が抽出される。 Further, a semiconductor layer including an active part and a gate finger part, a MIS transistor formed in the active part, a gate trench formed at a predetermined pitch P1 , and a first semiconductor layer along the side surface of the gate trench in order. The MIS transistor includes a source region of a conductivity type, a channel region of a second conductivity type, and a drain region of a first conductivity type, and the gate finger portion is formed with a pitch P2 narrower than a pitch P1 of the gate trench, a plurality of gate finger trenches integral with the gate trench; a gate electrode embedded in the gate trench and the gate finger trench via a gate insulating film; and a second conductive layer formed at least at the bottom of the gate finger trench. A semiconductor device is extracted that includes a bottom impurity region of the mold and a gate finger across the plurality of gate finger trenches and electrically connected to the gate electrode.

この構成によれば、ゲートフィンガー部において第2導電型の不純物領域の密度を高くできるので、高電圧印加時に、ゲートフィンガー部に対する電界集中を緩和し、ゲートフィンガー部におけるアバランシェ降伏の発生を軽減することができる。その結果、アバランシェ降伏をアクティブ部で優先的に発生させることができるので、高いアバランシェ耐量を実現することができる。 According to this configuration, the density of the second conductivity type impurity region can be increased in the gate finger portion, so that when a high voltage is applied, electric field concentration on the gate finger portion is alleviated, and occurrence of avalanche breakdown in the gate finger portion is reduced. be able to. As a result, avalanche breakdown can occur preferentially in the active portion, so high avalanche tolerance can be achieved.

前記半導体装置は、前記ゲートトレンチが格子状に形成されており、前記ゲートフィンガートレンチは、前記ゲートトレンチの延長部で構成され、前記ゲートトレンチの格子ピッチで配列された複数の第1ゲートフィンガートレンチと、隣り合う前記第1ゲートフィンガートレンチの間に形成された第2ゲートフィンガートレンチとを含む。 In the semiconductor device, the gate trenches are formed in a lattice shape, and the gate finger trenches are formed by extensions of the gate trenches, and a plurality of first gate finger trenches are arranged at a lattice pitch of the gate trenches. and a second gate finger trench formed between adjacent first gate finger trenches.

前記半導体装置では、前記MISトランジスタは、前記チャネル領域に連なり、前記底部不純物領域よりも深く形成された第2導電型の領域をさらに含む。 In the semiconductor device, the MIS transistor further includes a second conductivity type region continuous with the channel region and formed deeper than the bottom impurity region.

この構成によれば、高電圧印加時におけるゲートフィンガー部に対する電界集中の緩和効果を一層高めることができる。 According to this configuration, the effect of alleviating electric field concentration on the gate finger portion when high voltage is applied can be further enhanced.

前記半導体装置では、前記底部不純物領域は、前記チャネル領域と電気的に接続されている。 In the semiconductor device, the bottom impurity region is electrically connected to the channel region.

この構成によれば、底部不純物領域の電位をチャネル領域の電位に維持することができる。 According to this configuration, the potential of the bottom impurity region can be maintained at the potential of the channel region.

前記半導体装置では、前記ゲート電極は、当該ゲート電極が埋め込まれたトレンチの上部エッジにおいて前記半導体層の表面に重なるオーバーラップ部を有し、前記ゲート絶縁膜は、前記上部エッジにおいて前記トレンチの内方へ突出するオーバーハング部を含む。このトレンチは、前記ゲートトレンチ、前記ゲートフィンガートレンチ、前記第1ゲートフィンガートレンチおよび前記第2ゲートフィンガートレンチを含む。 In the semiconductor device, the gate electrode has an overlap portion that overlaps the surface of the semiconductor layer at the upper edge of the trench in which the gate electrode is embedded, and the gate insulating film overlaps the surface of the semiconductor layer at the upper edge. It includes an overhang portion that protrudes toward the front. The trench includes the gate trench, the gate finger trench, the first gate finger trench, and the second gate finger trench.

この構成によれば、トレンチの上部エッジにオーバーハング部が形成されているので、上部エッジにおけるゲート絶縁膜の耐圧を向上させることができる。そのため、ゲートのオン時に上部エッジに電界が集中しても、上部エッジでのゲート絶縁膜の絶縁破壊を防止することができる。その結果、ゲートオン電圧に対する信頼性を向上させることができる。 According to this configuration, since the overhang portion is formed at the upper edge of the trench, the withstand voltage of the gate insulating film at the upper edge can be improved. Therefore, even if an electric field concentrates on the upper edge when the gate is turned on, dielectric breakdown of the gate insulating film at the upper edge can be prevented. As a result, reliability with respect to gate-on voltage can be improved.

前記半導体装置では、前記上部エッジは、前記半導体層の表面と前記トレンチの内面とを連ならせる傾斜面を含む。 In the semiconductor device, the upper edge includes an inclined surface connecting the surface of the semiconductor layer and the inner surface of the trench.

この構成によれば、ゲートのオン時に上部エッジにかかる電界を傾斜面内に分散させて、電界集中を緩和することができる。 According to this configuration, the electric field applied to the upper edge when the gate is turned on can be dispersed within the inclined plane, thereby making it possible to alleviate electric field concentration.

前記半導体装置では、前記上部エッジは、前記半導体層の表面と前記トレンチの内面とを連ならせる円形面を含む。 In the semiconductor device, the upper edge includes a circular surface that connects the surface of the semiconductor layer and the inner surface of the trench.

この構成によれば、ゲートのオン時に上部エッジにかかる電界を円形面内に分散させて、電界集中を緩和することができる。 According to this configuration, the electric field applied to the upper edge when the gate is turned on can be dispersed within a circular plane, thereby making it possible to alleviate electric field concentration.

前記半導体装置では、前記トレンチの底面上の前記ゲート絶縁膜は、前記トレンチの側面上の前記ゲート絶縁膜よりも厚い。 In the semiconductor device, the gate insulating film on the bottom surface of the trench is thicker than the gate insulating film on the side surfaces of the trench.

この構成によれば、トレンチの底面上のゲート絶縁膜を介して向かい合うゲート電極と半導体層とによって構成されるキャパシタの容量を低減することができる。その結果、ゲート全体としての容量(ゲート容量)を低減することができる。また、トレンチの底面上のゲート絶縁膜の耐圧を向上させることができるので、ゲートのオフ時におけるゲート絶縁膜の絶縁破壊を防止することもできる。 According to this configuration, the capacitance of the capacitor formed by the gate electrode and the semiconductor layer facing each other via the gate insulating film on the bottom surface of the trench can be reduced. As a result, the capacitance of the entire gate (gate capacitance) can be reduced. Further, since the withstand voltage of the gate insulating film on the bottom surface of the trench can be improved, dielectric breakdown of the gate insulating film when the gate is turned off can be prevented.

前記半導体装置では、前記ゲート絶縁膜は、前記半導体層の表面に、前記トレンチの側面上の前記ゲート絶縁膜よりも厚い部分をさらに含む。 In the semiconductor device, the gate insulating film further includes a thicker portion on the surface of the semiconductor layer than the gate insulating film on a side surface of the trench.

この構成によれば、半導体層の表面上のゲート絶縁膜を介して向かい合うゲート電極(オーバーラップ部)と半導体層とによって構成されるキャパシタの容量を低減することができる。その結果、ゲート全体としての容量(ゲート容量)を低減することができる。 According to this configuration, the capacitance of the capacitor formed by the semiconductor layer and the gate electrode (overlap portion) facing each other via the gate insulating film on the surface of the semiconductor layer can be reduced. As a result, the capacitance of the entire gate (gate capacitance) can be reduced.

前記半導体装置は、前記トレンチの下部エッジは、前記トレンチの側面と底面とを連ならせる円形面を含む。 In the semiconductor device, a lower edge of the trench includes a circular surface connecting a side surface and a bottom surface of the trench.

この構成によれば、ゲートのオフ時に下部エッジにかかる電界を円形面内に分散させて、電界集中を緩和することができる。 According to this configuration, the electric field applied to the lower edge when the gate is turned off can be dispersed within the circular plane, thereby alleviating electric field concentration.

1 半導体装置
2 SiC基板
3 アクティブ部
4 ゲートフィンガー部
8 ゲートフィンガー
9 ゲートトレンチ
10 ゲートフィンガートレンチ
11 第1ゲートフィンガートレンチ
12 第2ゲートフィンガートレンチ
17 n型ソース領域
19 p型チャネル領域
20 n型ドレイン領域
22 ゲート電極
23 ゲート絶縁膜
24 オーバーラップ部
25 (ゲート絶縁膜の)側面部
26 (ゲート絶縁膜の)底面部
27 (ゲート絶縁膜の)表面部
28 p型領域
32 上部エッジ
33 オーバーハング部
34 傾斜面
35 円形面
36 p型領域
37 平坦領域
38 底部p型領域
39 円形面
41 p型突出領域
42 p型フローティング領域
43 p型領域
45 第2ゲートフィンガートレンチ
46 p型ピラー層
1 Semiconductor device 2 SiC substrate 3 Active part 4 Gate finger part 8 Gate finger 9 Gate trench 10 Gate finger trench 11 First gate finger trench 12 Second gate finger trench 17 N + type source region 19 P type channel region 20 N type drain Region 22 Gate electrode 23 Gate insulating film 24 Overlapping part 25 Side part (of the gate insulating film) 26 Bottom part (of the gate insulating film) 27 Surface part (of the gate insulating film) 28 P-type region 32 Upper edge 33 Overhang part 34 Inclined surface 35 Circular surface 36 P-type region 37 Flat region 38 Bottom p-type region 39 Circular surface 41 P-type protruding region 42 P-type floating region 43 P-type region 45 Second gate finger trench 46 P-type pillar layer

Claims (22)

アクティブ部およびゲートフィンガー部を含む半導体層と、
前記アクティブ部に形成されたMISトランジスタであって、ゲートトレンチと、前記ゲートトレンチの側面に順に沿う第1導電型のソース領域、第2導電型のチャネル領域および第1導電型のドレイン領域とを含むMISトランジスタと、
前記チャネル領域に連なるように形成され、前記ドレイン領域において、前記半導体層の裏面側に向かって前記チャネル領域および前記ゲートトレンチよりも深い位置まで延びる第2導電型の第1不純物領域と、
前記ゲートフィンガー部において前記ゲートトレンチの延長部で構成された複数の第1ゲートフィンガートレンチと、
前記ゲートトレンチおよび前記第1ゲートフィンガートレンチにゲート絶縁膜を介して埋め込まれたゲート電極と、
前記第1ゲートフィンガートレンチの少なくとも底部に形成された第2導電型の第1底部不純物領域と、
前記ゲート電極に電気的に接続されたゲートフィンガーと、
隣り合う前記第1ゲートフィンガートレンチの間において、前記第1ゲートフィンガートレンチの底部よりも深く形成された第2導電型の電界緩和領域とを含み、
前記電界緩和領域の最深部の深さである第1深さは、前記第1不純物領域の深さである第2深さと同じか、前記第2深さよりも小さい、半導体装置。
a semiconductor layer including an active part and a gate finger part;
The MIS transistor is formed in the active part, and includes a gate trench, a first conductivity type source region, a second conductivity type channel region, and a first conductivity type drain region along side surfaces of the gate trench in this order. an MIS transistor including;
a first impurity region of a second conductivity type formed so as to be continuous with the channel region and extending in the drain region to a position deeper than the channel region and the gate trench toward the back surface side of the semiconductor layer;
a plurality of first gate finger trenches configured by extensions of the gate trench in the gate finger portion;
a gate electrode embedded in the gate trench and the first gate finger trench via a gate insulating film;
a first bottom impurity region of a second conductivity type formed at least at the bottom of the first gate finger trench;
a gate finger electrically connected to the gate electrode;
an electric field relaxation region of a second conductivity type formed deeper than the bottom of the first gate finger trench between the adjacent first gate finger trenches;
A semiconductor device, wherein a first depth, which is the depth of the deepest part of the electric field relaxation region, is equal to or smaller than a second depth, which is the depth of the first impurity region.
隣り合う前記第1ゲートフィンガートレンチの間に形成され、前記ゲートトレンチと一体的な第2ゲートフィンガートレンチをさらに含み、
前記電界緩和領域は、前記第2ゲートフィンガートレンチの少なくとも底部に形成された第2導電型の第2底部不純物領域をさらに含む、請求項1に記載の半導体装置。
further comprising a second gate finger trench formed between adjacent first gate finger trenches and integral with the gate trench;
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the electric field relaxation region further includes a second bottom impurity region of a second conductivity type formed at least at the bottom of the second gate finger trench.
前記第2ゲートフィンガートレンチは、前記第1ゲートフィンガートレンチに沿って延びている、請求項2に記載の半導体装置。 3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the second gate finger trench extends along the first gate finger trench. 隣り合う前記第1ゲートフィンガートレンチの間の領域は、一方の前記第1ゲートフィンガートレンチから他方の前記第1ゲートフィンガートレンチまで前記半導体層の表面が連続する平坦領域を含み、
隣り合う前記第1ゲートフィンガートレンチの間の前記領域は、前記平坦領域において前記第1ゲートフィンガートレンチの底部よりも浅く形成された第2導電型の表面部不純物領域をさらに含み、
前記電界緩和領域は、前記表面部不純物領域に連なるように形成された領域を含む、請求項1に記載の半導体装置。
A region between adjacent first gate finger trenches includes a flat region where the surface of the semiconductor layer is continuous from one first gate finger trench to the other first gate finger trench,
The region between adjacent first gate finger trenches further includes a surface impurity region of a second conductivity type formed shallower than a bottom of the first gate finger trench in the flat region,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the electric field relaxation region includes a region formed so as to be continuous with the surface impurity region.
隣り合う前記第1ゲートフィンガートレンチの間の領域は、一方の前記第1ゲートフィンガートレンチから他方の前記第1ゲートフィンガートレンチまで前記半導体層の表面が連続する平坦領域を含み、
隣り合う前記第1ゲートフィンガートレンチの間の前記領域は、前記平坦領域において前記第1ゲートフィンガートレンチの底部よりも浅く形成された第2導電型の表面部不純物領域をさらに含み、
前記電界緩和領域は、前記表面部不純物領域の下方に間隔を空けて形成された領域を含む、請求項1に記載の半導体装置。
A region between adjacent first gate finger trenches includes a flat region where the surface of the semiconductor layer is continuous from one first gate finger trench to the other first gate finger trench,
The region between adjacent first gate finger trenches further includes a surface impurity region of a second conductivity type formed shallower than a bottom of the first gate finger trench in the flat region,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the electric field relaxation region includes a region spaced apart below the surface impurity region.
隣り合う前記第1ゲートフィンガートレンチの間の領域は、一方の前記第1ゲートフィンガートレンチから他方の前記第1ゲートフィンガートレンチまで前記半導体層の表面が連続する平坦領域を含み、
隣り合う前記第1ゲートフィンガートレンチの間の前記領域は、前記平坦領域において前記第1底部不純物領域の底部と同じ深さで形成された第2導電型の第2不純物領域をさらに含み、
隣り合う前記第1ゲートフィンガートレンチの間の前記領域は、前記第2不純物領域により完全に覆われている、請求項1に記載の半導体装置。
A region between adjacent first gate finger trenches includes a flat region where the surface of the semiconductor layer is continuous from one first gate finger trench to the other first gate finger trench,
The region between the adjacent first gate finger trenches further includes a second impurity region of a second conductivity type formed at the same depth as the bottom of the first bottom impurity region in the flat region;
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the region between adjacent first gate finger trenches is completely covered by the second impurity region.
前記MISトランジスタは、隣り合う前記ゲートトレンチの間の単位セルにおいて前記ソース領域に隣接して形成された第2導電型のチャネルコンタクト領域と、前記単位セルの前記チャネル領域の内側の領域に形成された第2導電型のピラー層とをさらに含み、
前記ピラー層は、前記チャネル領域に連なるように形成され、前記ドレイン領域において、前記半導体層の裏面側に向かって前記チャネル領域および前記ゲートトレンチよりも深い位置まで延びている、請求項1~6のいずれか一項に記載の半導体装置。
The MIS transistor includes a channel contact region of a second conductivity type formed adjacent to the source region in a unit cell between adjacent gate trenches, and a region inside the channel region of the unit cell. further comprising a pillar layer of a second conductivity type,
7. The pillar layer is formed so as to be continuous with the channel region, and extends in the drain region toward a back surface side of the semiconductor layer to a deeper position than the channel region and the gate trench. The semiconductor device according to any one of the above.
前記ゲートフィンガー部は、前記アクティブ部を取り囲んでおり、
前記半導体装置は、前記アクティブ部を覆うソースメタルと、ゲートパッドとをさらに含み、
前記ソースメタルの周縁部には、前記ゲートフィンガー部に沿って前記ソースメタルの中央部を取り囲む除去領域が形成されており、
前記ゲートパッドは、前記除去領域に形成されており、
前記ゲートフィンガーは、前記ゲートパッドから前記除去領域の全体に渡って延びている、請求項1~7のいずれか一項に記載の半導体装置。
The gate finger part surrounds the active part,
The semiconductor device further includes a source metal covering the active portion and a gate pad,
A removal region surrounding the central portion of the source metal along the gate finger portion is formed in a peripheral portion of the source metal,
the gate pad is formed in the removed region,
8. The semiconductor device according to claim 1, wherein the gate finger extends from the gate pad to the entire removal region.
前記ソースメタル、前記ゲートパッドおよび前記ゲートフィンガーは、アルミニウムにより形成されている、請求項8に記載の半導体装置。 9. The semiconductor device according to claim 8, wherein the source metal, the gate pad, and the gate finger are made of aluminum. 一対の前記ゲートフィンガーが、前記ゲートパッドに対して対称な形状で形成されている、請求項8または9に記載の半導体装置。 10. The semiconductor device according to claim 8, wherein the pair of gate fingers are formed in a symmetrical shape with respect to the gate pad. 前記第1ゲートフィンガートレンチは、前記第1ゲートフィンガートレンチの側面と前記半導体層の表面との交差部である上部エッジを含み、
前記上部エッジは、前記半導体層の表面と前記第1ゲートフィンガートレンチの内面とを連ならせる傾斜面を含む、請求項1~10のいずれか一項に記載の半導体装置。
The first gate finger trench includes an upper edge that is an intersection between a side surface of the first gate finger trench and a surface of the semiconductor layer,
11. The semiconductor device according to claim 1, wherein the upper edge includes an inclined surface connecting a surface of the semiconductor layer and an inner surface of the first gate finger trench.
前記第1ゲートフィンガートレンチは、前記第1ゲートフィンガートレンチの側面と前記半導体層の表面との交差部である上部エッジを含み、
前記上部エッジは、前記半導体層の表面と前記第1ゲートフィンガートレンチの内面とを連ならせる円形面を含む、請求項1~10のいずれか一項に記載の半導体装置。
The first gate finger trench includes an upper edge that is an intersection between a side surface of the first gate finger trench and a surface of the semiconductor layer,
11. The semiconductor device according to claim 1, wherein the upper edge includes a circular surface connecting the surface of the semiconductor layer and the inner surface of the first gate finger trench.
前記第1ゲートフィンガートレンチの底部上の前記ゲート絶縁膜は、前記第1ゲートフィンガートレンチの側面上の前記ゲート絶縁膜よりも厚い、請求項1~10のいずれか一項に記載の半導体装置。 11. The semiconductor device according to claim 1, wherein the gate insulating film on the bottom of the first gate finger trench is thicker than the gate insulating film on the side surface of the first gate finger trench. 前記第1ゲートフィンガートレンチの前記ゲート絶縁膜は、前記半導体層の表面に、前記第1ゲートフィンガートレンチの側面上の前記ゲート絶縁膜よりも厚い部分をさらに含む、請求項1~10のいずれか一項に記載の半導体装置。 11. The gate insulating film of the first gate finger trench further includes a portion on the surface of the semiconductor layer that is thicker than the gate insulating film on the side surface of the first gate finger trench. The semiconductor device according to item 1. 前記第1ゲートフィンガートレンチは、前記第1ゲートフィンガートレンチの底部に下部エッジを含み、
前記第1ゲートフィンガートレンチの前記下部エッジは、前記第1ゲートフィンガートレンチの側面と前記第1ゲートフィンガートレンチの底部とを連ならせる円形面を含む、請求項1~10のいずれか一項に記載の半導体装置。
the first gate finger trench includes a lower edge at the bottom of the first gate finger trench;
11. The lower edge of the first gate finger trench includes a circular surface connecting a side surface of the first gate finger trench and a bottom of the first gate finger trench. The semiconductor device described.
前記半導体層は、ワイドバンドギャップ半導体を含む、請求項1~12のいずれか一項に記載の半導体装置。 13. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor layer includes a wide bandgap semiconductor. 前記半導体層は、SiC半導体層である、請求項16に記載の半導体装置。 17. The semiconductor device according to claim 16, wherein the semiconductor layer is a SiC semiconductor layer. アバランシェ降伏が、前記ゲートフィンガー部よりも前記アクティブ部において優先的に発生する、請求項1~17のいずれか一項に記載の半導体装置。 18. The semiconductor device according to claim 1, wherein avalanche breakdown occurs preferentially in the active portion than in the gate finger portion. アクティブ部およびゲートフィンガー部を含むSiC半導体層と、
前記アクティブ部に形成されたMISトランジスタであって、ゲートトレンチと、前記ゲートトレンチの側面に順に沿う第1導電型のソース領域、第2導電型のチャネル領域および第1導電型のドレイン領域とを含むMISトランジスタと、
前記チャネル領域に連なるように形成され、前記ドレイン領域において、前記SiC半導体層の裏面側に向かって前記チャネル領域および前記ゲートトレンチよりも深い位置まで延びる第2導電型の第1不純物領域と、
前記ゲートフィンガー部において前記ゲートトレンチの延長部で構成された複数の第1ゲートフィンガートレンチと、
前記ゲートトレンチおよび前記第1ゲートフィンガートレンチにゲート絶縁膜を介して埋め込まれたゲート電極と、
前記第1ゲートフィンガートレンチの少なくとも底部に形成された第2導電型の第1底部不純物領域と、
前記ゲート電極に電気的に接続されたゲートフィンガーと、
隣り合う前記第1ゲートフィンガートレンチの間において、前記第1ゲートフィンガートレンチの底部よりも深く形成された第2導電型の電界緩和領域とを含み、
前記電界緩和領域の最深部の深さである第1深さは、前記第1不純物領域の深さである第2深さと同じか、前記第2深さよりも小さく、
隣り合う前記第1ゲートフィンガートレンチの間の領域は、一方の前記第1ゲートフィンガートレンチから他方の前記第1ゲートフィンガートレンチまで前記SiC半導体層の表面が連続する平坦領域を含み、
隣り合う前記第1ゲートフィンガートレンチの間の前記領域は、前記平坦領域において前記第1底部不純物領域の底部と同じ深さで形成された第2導電型の第2不純物領域をさらに含み、
隣り合う前記第1ゲートフィンガートレンチの間の前記領域は、前記第2不純物領域により完全に覆われており、
前記MISトランジスタは、隣り合う前記ゲートトレンチの間の単位セルにおいて前記ソース領域に隣接して形成された第2導電型のチャネルコンタクト領域と、前記単位セルの前記チャネル領域の内側の領域に形成された第2導電型のピラー層とをさらに含み、
前記ピラー層は、前記チャネル領域に連なるように形成され、前記ドレイン領域において、前記SiC半導体層の裏面側に向かって前記チャネル領域および前記ゲートトレンチよりも深い位置まで延びている、半導体装置。
a SiC semiconductor layer including an active part and a gate finger part;
The MIS transistor is formed in the active part, and includes a gate trench, a first conductivity type source region, a second conductivity type channel region, and a first conductivity type drain region along side surfaces of the gate trench in this order. an MIS transistor including;
a first impurity region of a second conductivity type formed so as to be continuous with the channel region and extending in the drain region to a position deeper than the channel region and the gate trench toward the back surface side of the SiC semiconductor layer;
a plurality of first gate finger trenches configured by extensions of the gate trench in the gate finger portion;
a gate electrode embedded in the gate trench and the first gate finger trench via a gate insulating film;
a first bottom impurity region of a second conductivity type formed at least at the bottom of the first gate finger trench;
a gate finger electrically connected to the gate electrode;
an electric field relaxation region of a second conductivity type formed deeper than the bottom of the first gate finger trench between the adjacent first gate finger trenches;
The first depth, which is the depth of the deepest part of the electric field relaxation region, is the same as or smaller than the second depth, which is the depth of the first impurity region,
A region between adjacent first gate finger trenches includes a flat region where the surface of the SiC semiconductor layer is continuous from one first gate finger trench to the other first gate finger trench,
The region between the adjacent first gate finger trenches further includes a second impurity region of a second conductivity type formed at the same depth as the bottom of the first bottom impurity region in the flat region;
the region between adjacent first gate finger trenches is completely covered by the second impurity region;
The MIS transistor includes a channel contact region of a second conductivity type formed adjacent to the source region in a unit cell between adjacent gate trenches, and a region inside the channel region of the unit cell. further comprising a pillar layer of a second conductivity type,
The pillar layer is formed so as to be continuous with the channel region, and extends in the drain region toward a back surface side of the SiC semiconductor layer to a position deeper than the channel region and the gate trench.
前記ゲートフィンガー部は、前記アクティブ部を取り囲んでおり、
前記半導体装置は、前記アクティブ部を覆うソースメタルと、ゲートパッドとをさらに含み、
前記ソースメタルの周縁部には、前記ゲートフィンガー部に沿って前記ソースメタルの中央部を取り囲む除去領域が形成されており、
前記ゲートパッドは、前記除去領域に形成されており、
前記ゲートフィンガーは、前記ゲートパッドから前記除去領域の全体に渡って延びている、請求項19に記載の半導体装置。
The gate finger part surrounds the active part,
The semiconductor device further includes a source metal covering the active portion and a gate pad,
A removal region surrounding the central portion of the source metal along the gate finger portion is formed in a peripheral portion of the source metal,
the gate pad is formed in the removed region,
20. The semiconductor device according to claim 19, wherein the gate finger extends from the gate pad to the entire removal region.
前記ゲートパッドおよび前記ゲートフィンガーは、アルミニウムにより形成されている、請求項20に記載の半導体装置。 21. The semiconductor device according to claim 20 , wherein the gate pad and the gate finger are made of aluminum. 一対の前記ゲートフィンガーが、前記ゲートパッドに対して対称な形状で形成されている、請求項20または21に記載の半導体装置。 22. The semiconductor device according to claim 20 , wherein the pair of gate fingers are formed in a symmetrical shape with respect to the gate pad.
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