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JP7679376B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description

この出願は、2020年6月26日に日本国特許庁に提出された特願2020-110900号に対応しており、この出願の全開示はここに引用により組み込まれる。本発明は、半導体装置に関する。
特許文献1は、半導体基板、n型のドリフト領域、p型のボディ領域、複数のトレンチゲート構造、複数のトレンチソース構造、n型の複数のソース領域、および、p型の複数のボディコンタクト領域を備えた半導体装置を開示している。ドリフト領域は、半導体基板の表層部に形成されている。ボディ領域は、ドリフト領域の表層部に形成されている。複数のトレンチゲート構造は、ドリフト領域に至るように半導体基板に間隔を空けて形成され、一方方向に延びるストライプ状に配列されている。
複数のトレンチソース構造は、半導体基板において近接する2つのトレンチゲート構造の間の領域にそれぞれ形成され、トレンチゲート構造に沿って延びるストライプ状に配列されている。各ソース領域は、ボディ領域の表層部において各トレンチゲート構造に沿って形成されている。各ボディコンタクト領域は、ボディ領域の表層部において各トレンチソース構造に沿って形成され、各ソース領域に接続されている。
米国特許出願公開第2017/0040423号明細書
本発明の一実施形態は、微細化に寄与できる半導体装置を提供する。
本発明の一実施形態は、主面を有する半導体チップと、前記主面の表層部に形成された第1導電型のドリフト領域と、前記ドリフト領域の表層部に形成された第2導電型のボディ領域と、前記ボディ領域の表層部に形成された第1導電型のソース領域と、前記ソース領域および前記ボディ領域を横切り、前記ドリフト領域に至るように前記主面に形成され、第1方向に間隔を空けて配列された複数のトレンチソース構造と、前記ボディ領域に電気的に接続されるように前記ボディ領域の表層部において近接する2つの前記トレンチソース構造の間の領域に形成された第2導電型のボディ接続領域と、前記ソース領域に電気的に接続されるように前記ボディ領域の表層部において前記ボディ接続領域とは異なる領域で近接する2つの前記トレンチソース構造の間の領域に形成された第1導電型のソース接続領域と、を含む、半導体装置を提供する。
本発明における上述の、またはさらに他の目的、特徴および効果は、添付図面を参照して次に述べる実施形態の説明により明らかにされる。
図1は、本発明の第1実施形態に係るSiC半導体装置を示す平面図である。 図2は、図1に示す電極のレイアウトを示す平面図である。 図3は、図1に示すSiCチップの第1主面のレイアウトを示す平面図である。 図4は、図3に示す構造の一要部を拡大した平面図である。 図5は、図3に示す構造の別の要部を拡大した平面図である。 図6は、図4に示すVI-VI線に沿う断面図である。 図7は、図4に示すVII-VII線に沿う断面図である。 図8は、図4に示すVIII-VIII線に沿う断面図である。 図9は、図4に示すIX-IX線に沿う断面図である。 図10は、図5に示すX-X線に沿う断面図である。 図11は、図4に対応し、本発明の第2実施形態に係るSiC半導体装置の構造を説明するための平面図である。 図12は、図4に対応し、本発明の第3実施形態に係るSiC半導体装置の構造を説明するための平面図である。 図13は、図4に対応し、本発明の第4実施形態に係るSiC半導体装置の構造を説明するための平面図である。 図14は、図4に対応し、本発明の第5実施形態に係るSiC半導体装置の構造を説明するための平面図である。 図15は、図4に対応し、本発明の第6実施形態に係るSiC半導体装置の構造を説明するための平面図である。 図16は、図15に示すXVI-XVI線に沿う断面図である。 図17は、図6に対応し、本発明の第7実施形態に係るSiC半導体装置の構造を説明するための断面図である。 図18は、図6に対応し、本発明の第8実施形態に係るSiC半導体装置の構造を説明するための断面図である。
図1は、本発明の第1実施形態に係るSiC半導体装置1を示す平面図である。図2は、図1に示す電極のレイアウトを示す平面図である。図3は、図1に示すSiCチップ2の第1主面3のレイアウトを示す平面図である。図4は、図3に示す構造の一要部を拡大した平面図である。図5は、図3に示す構造の別の要部を拡大した平面図である。図6は、図4に示すVI-VI線に沿う断面図である。図7は、図4に示すVII-VII線に沿う断面図である。図8は、図4に示すVIII-VIII線に沿う断面図である。図9は、図4に示すIX-IX線に沿う断面図である。図10は、図5に示すX-X線に沿う断面図である。
図1~図10を参照して、SiC半導体装置1は、この形態(this embodiment)では、六方晶のSiC単結晶からなるSiCチップ2を含む電子部品である。また、SiC半導体装置1は、この形態では、SiC-MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)を含む半導体スイッチングデバイスである。六方晶のSiC単結晶は、2H(Hexagonal)-SiC単結晶、4H-SiC単結晶、6H-SiC単結晶等を含む複数種のポリタイプを有している。この形態では、SiCチップ2が4H-SiC単結晶からなる例を示すが、他のポリタイプを除外するものではない。
SiCチップ2は、直方体形状に形成されている。SiCチップ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を接続する第1~第4側面5A~5Dを有している。第1主面3は、機能デバイスが形成されるデバイス面である。第2主面4は、機能デバイスが形成されない非デバイス面である。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(具体的には長方形状)に形成されている。
第1主面3および第2主面4は、SiC単結晶のc面に面している。c面は、SiC単結晶のシリコン面((0001)面)およびカーボン面((000-1)面)を含む。第1主面3はシリコン面に面し、第2主面4はカーボン面に面していることが好ましい。第1主面3および第2主面4は、c面に対してオフ方向に所定の角度で傾斜したオフ角を有していてもよい。オフ方向は、SiC単結晶のa軸方向([11-20]方向)であることが好ましい。オフ角は、0°を超えて10°以下であってもよい。オフ角は、5°以下であることが好ましい。オフ角は、2°以上4.5°以下であることが特に好ましい。
第2主面4は、研削痕およびアニール痕(具体的にはレーザ照射痕)のいずれか一方または双方を有する粗面からなっていてもよい。アニール痕は、非晶質化したSiC、および/または、金属とシリサイド化(合金化)したSiC(具体的にはSi)を含んでいてもよい。第2主面4は、少なくともアニール痕を有するオーミック面からなることが好ましい。
第1側面5Aおよび第2側面5Bは、第1主面3に沿う第1方向Xに延び、第1方向Xに交差(具体的には直交)する第2方向Yに対向している。第1側面5Aおよび第2側面5Bは、SiCチップ2の短辺を形成している。第3側面5Cおよび第4側面5Dは、第2方向Yに延び、第1方向Xに対向している。第1側面5Aおよび第2側面5Bは、SiCチップ2の長辺を形成している。
この形態では、第1方向XがSiC単結晶のm軸方向([1-100]方向)であり、第2方向YがSiC単結晶のa軸方向である。つまり、第1側面5Aおよび第2側面5Bは、SiC単結晶のa面によって形成され、第3側面5Cおよび第4側面5Dは、SiC単結晶のm面によって形成されている。
第1~第4側面5A~5Dは、ダイシングブレードによる切削によって形成された研削痕を有する研削面からなっていてもよいし、レーザ光照射によって形成された改質層を有する劈開面からなっていてもよい。改質層は、具体的には、SiCチップ2の結晶構造の一部が別の性質に改質した領域からなる。つまり、改質層は、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チップ2とは異なる性質に改質された領域からなる。改質層は、非晶質層(アモルファス層)、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。
第1~第4側面5A~5Dが劈開面からなる場合、第1側面5Aおよび第2側面5Bは、オフ角に起因する傾斜角を有する傾斜面を形成していてもよい。オフ角に起因する傾斜角は、法線方向Zを0°としたとき、当該法線方向Zに対する角度である。第1側面5Aおよび第2側面5Bは、法線方向Zに対してSiC単結晶のc軸方向([0001]方向)に沿って延びる傾斜面を形成していてもよい。
オフ角に起因する傾斜角は、オフ角とほぼ等しい。オフ角に起因する傾斜角は、0°を超えて10°以下(好ましくは2°以上4.5°以下)であってもよい。第3側面5Cおよび第4側面5Dは、オフ方向(a軸方向)に延びているため、オフ角に起因する傾斜角を有さない。第3側面5Cおよび第4側面5Dは、第2方向Y(a軸方向)および法線方向Zに平面的に延びている。第3側面5Cおよび第4側面5Dは、具体的には、第1主面3および第2主面4に対してほぼ垂直に形成されている。
SiC半導体装置1は、SiCチップ2の第2主面4の表層部に形成されたn型(第1導電型)のドレイン領域6(第1半導体領域)を含む。ドレイン領域6は、MISFETのドレインを形成している。ドレイン領域6は、第2主面4の表層部の全域に形成され、第2主面4および第1~第4側面5A~5Dから露出している。つまり、ドレイン領域6は、第2主面4および第1~第4側面5A~5Dの一部を有している。
ドレイン領域6は、厚さ方向にほぼ一定のn型不純物濃度を有している。ドレイン領域6のn型不純物濃度は、1×1018cm-3以上1×1021cm-3以下であってもよい。ドレイン領域6の厚さは、5μm以上300μm以下であってもよい。ドレイン領域6の厚さは、典型的には、50μm以上250μm以下である。ドレイン領域6の厚さは、第2主面4の研削によって調整される。ドレイン領域6は、この形態では、n型の半導体基板(SiC基板)によって形成されている。
SiC半導体装置1は、SiCチップ2の第1主面3の表層部に形成されたn型のドリフト領域7(第2半導体領域)を含む。ドリフト領域7は、第1主面3の表層部の全域に形成され、第1主面3および第1~第4側面5A~5Dから露出している。つまり、ドリフト領域7は、第1主面3および第1~第4側面5A~5Dの一部を有している。ドリフト領域7は、ドレイン領域6に電気的に接続され、ドレイン領域6と共にMISFETのドレインを形成している。
ドリフト領域7は、ドレイン領域6のn型不純物濃度未満のn型不純物濃度を有している。ドリフト領域7のn型不純物濃度は、1×1015cm-3以上1×1018cm-3以下であってもよい。ドリフト領域7の厚さは、5μm以上20μm以下であってもよい。ドリフト領域7は、この形態では、n型のエピタキシャル層(SiCエピタキシャル層)によって形成されている。
ドリフト領域7は、第2主面4(ドレイン領域6)側から第1主面3に向けてn型不純物濃度が増加(具体的には漸増)する濃度勾配を有していることが好ましい。つまり、ドリフト領域7は、第2主面4側に位置する低濃度領域8、および、第1主面3側に位置し、低濃度領域8よりも高濃度な高濃度領域9を有していることが好ましい。高濃度領域9は、第1主面3から露出している。低濃度領域8のn型不純物濃度は、1.0×1015cm-3以上1.0×1017cm-3以下であってもよい。高濃度領域9のn型不純物濃度は、1.0×1016cm-3以上1.0×1018cm-3以下であってもよい。
SiC半導体装置1は、SiCチップ2においてドレイン領域6およびドリフト領域7の間に介在するn型のバッファ領域10(第3半導体領域)を含む。バッファ領域10は、ドレイン領域6のn型不純物濃度からドリフト領域7のn型不純物濃度に向けてn型不純物濃度が低下(具体的には漸減)する濃度勾配を有している。バッファ領域10は、ドレイン領域6およびドリフト領域7の間の全域に介在し、第1~第4側面5A~5Dから露出している。つまり、バッファ領域10は、第1~第4側面5A~5Dの一部を有している。
バッファ領域10は、ドレイン領域6およびドリフト領域7に電気的に接続され、ドレイン領域6およびドリフト領域7と共にMISFETのドレインを形成している。バッファ領域10の厚さは、1μm以上10μm以下であってもよい。バッファ領域10は、この形態では、n型のエピタキシャル層(SiCエピタキシャル層)によって形成されている。
SiC半導体装置1は、第1主面3に設定されたアクティブ領域11を含む。アクティブ領域11は、機能デバイスとしてのMISFETが形成される領域である。アクティブ領域11は、この形態では、第1主面3に1つだけ設定されている。つまり、SiC半導体装置1は、この形態では、単一のアクティブ領域11を含むディスクリートデバイスからなる。
アクティブ領域11は、第1~第4側面5A~5Dから内方に間隔を空けて第1主面3の中央部に設定されている。アクティブ領域11は、第1~第4側面5A~5Dに平行な4辺を有する多角形状に設定されている。アクティブ領域11は、この形態では、平面視において第1側面5Aに沿う辺の中央部において、第1主面3の内方部に向けて窪んだ凹部11aを有している。
SiC半導体装置1は、第1主面3に設定された外側領域12を含む。外側領域12は、機能デバイスが形成されない領域であり、アクティブ領域11の外側に設定されている。外側領域12は、環状領域12aおよびパッド領域12bを含む。環状領域12aは、平面視において第1~第4側面5A~5Dに沿って帯状に延び、アクティブ領域11を取り囲む環状(具体的には四角環状)に設定されている。パッド領域12bは、アクティブ領域11の凹部11aに整合するように、環状領域12aにおいて第1側面5Aに沿う部分からアクティブ領域11に向かって凸状に突出している。
SiC半導体装置1は、アクティブ領域11において第1主面3の表層部に形成されたp型(第2導電型)のボディ領域21を含む。ボディ領域21は、MISFETのボディダイオードの一部を形成している。ボディ領域21のp型不純物濃度は、1.0×1016cm-3以上1.0×1018cm-3以下であってもよい。
ボディ領域21は、具体的には、アクティブ領域11の全域においてドリフト領域7の表層部に形成されている。ボディ領域21は、さらに具体的には、高濃度領域9の表層部に形成され、ドリフト領域7の一部を挟んでドレイン領域6(バッファ領域10)に対向している。ボディ領域21は、外側領域12のパッド領域12bにおいて第1主面3の表層部にも形成されていてもよい。
SiC半導体装置1は、ボディ領域21の表層部に形成されたn型のソース領域22を含む。ソース領域22は、MISFETのソースを形成している。ソース領域22は、ドリフト領域7(高濃度領域9)のn型不純物濃度を超えるn型不純物濃度を有している。ソース領域22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22は、平面視においてボディ領域21の周縁から内方に間隔を空けて形成されている。ソース領域22は、ボディ領域21の底部から第1主面3側に間隔を空けて形成されている。ソース領域22は、ボディ領域21内においてドリフト領域7(高濃度領域9)とMISFETのチャネルを形成する。
SiC半導体装置1は、アクティブ領域11において第1主面3に形成されたトレンチ絶縁ゲート型のMISFETを含む。SiC半導体装置1は、具体的には、第1主面3に形成された複数のトレンチゲート構造23を含む。複数のトレンチゲート構造23は、MISFETのゲートを形成している。複数のトレンチゲート構造23は、平面視において第1方向Xに延びる帯状(長方形状)にそれぞれ形成され、第2方向Yに間隔を空けて形成されている。
これにより、複数のトレンチゲート構造23は、平面視において第1方向Xに延びるストライプ状に形成されている。複数のトレンチゲート構造23は、アクティブ領域11において第1方向Xにそれぞれ延びる台地状の複数のメサ部24を第1主面3に区画している。つまり、複数のトレンチゲート構造23は、1つのメサ部24を挟み込む態様で、第2方向Yに複数のメサ部24と交互に形成されている。
複数のトレンチゲート構造23は、平面視において第1主面3の中央部を第2方向Yに通過するラインを横切るように第1方向Xに延びていることが好ましい。複数のトレンチゲート構造23の第1方向Xの両端部は、平面視においてボディ領域21の周縁およびソース領域22の周縁の間に位置していることが好ましい。
複数のトレンチゲート構造23は、第1幅W1をそれぞれ有している。第1幅W1は、各トレンチゲート構造23が延びる方向に直交する方向(つまり第2方向Y)の幅である。第1幅W1は、0.1μm以上3μm以下であってもよい。第1幅W1は、0.5μm以上1.5μm以下であることが好ましい。
複数のトレンチゲート構造23は、第2方向Yに第1間隔P1を空けて形成されている。第1間隔P1は、第2方向Yに近接する2つのトレンチゲート構造23の間の距離である。第1間隔P1は、第1幅W1を超えている(W1<P1)ことが好ましい。第1間隔P1は、0.4μm以上5μm以下であってもよい。第1間隔P1は、0.8μm以上3μm以下であることが好ましい。
各トレンチゲート構造23は、第1深さD1を有している。第1深さD1は、0.1μm以上3μm以下であってもよい。第1深さD1は、0.5μm以上2μm以下であることが好ましい。各トレンチゲート構造23のアスペクト比D1/W1は、1以上5以下であることが好ましい。アスペクト比D1/W1は、第1幅W1に対する第1深さD1の比である。アスペクト比D1/W1は、1.5以上であることが特に好ましい。
各トレンチゲート構造23は、側壁および底壁を含む。各トレンチゲート構造23の側壁のうち長辺を形成する部分は、SiC単結晶のa面によって形成されている。各トレンチゲート構造23の側壁のうち短辺を形成する部分は、SiC単結晶のm面によって形成されている。各トレンチゲート構造23の底壁は、SiC単結晶のc面によって形成されている。
各トレンチゲート構造23は、ほぼ一定の開口幅を有する垂直形状に形成されていてもよい。各トレンチゲート構造23は、底壁に向かって狭まる開口幅を有する先細り形状に形成されていてもよい。各トレンチゲート構造23の底壁は、第2主面4に向かう湾曲形状に形成されていることが好ましい。むろん、各トレンチゲート構造23の底壁は、第1主面3に平行な平坦面を有していてもよい。
各トレンチゲート構造23は、ボディ領域21およびソース領域22を横切ってドリフト領域7に至るように第1主面3に形成されている。各トレンチゲート構造23は、具体的には、ドリフト領域7の底部から第1主面3側に間隔を空けて形成され、ドリフト領域7の一部を挟んでドレイン領域6(バッファ領域10)に対向している。各トレンチゲート構造23は、この形態では、高濃度領域9に形成され、高濃度領域9の一部を挟んで低濃度領域8に対向している。各トレンチゲート構造23の側壁は、ドリフト領域7、ボディ領域21およびソース領域22に接している。各トレンチゲート構造23の底壁は、ドリフト領域7に接している。
複数のトレンチゲート構造23は、ゲートトレンチ25、ゲート絶縁膜26およびゲート電極27をそれぞれ含む。以下、1つのトレンチゲート構造23が説明される。ゲートトレンチ25は、トレンチゲート構造23の側壁および底壁を形成している。以下では、ゲートトレンチ25の側壁および底壁が、まとめて「壁面(内壁および外壁)」と称されることがある。
ゲートトレンチ25の開口エッジ部は、第1主面3からゲートトレンチ25に向かって斜め下り傾斜している。開口エッジ部は、第1主面3およびゲートトレンチ25の側壁の接続部である。開口エッジ部は、この形態では、SiCチップ2に向かって窪んだ湾曲状に形成されている。開口エッジ部は、ゲートトレンチ25の内方に向かう湾曲状に形成されていてもよい。
ゲート絶縁膜26は、ゲートトレンチ25の内壁に膜状に形成され、ゲートトレンチ25内においてリセス空間を区画している。ゲート絶縁膜26は、ゲートトレンチ25の内壁においてドリフト領域7、ボディ領域21およびソース領域22を被覆している。ゲート絶縁膜26は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜および酸窒化シリコン膜のうちの少なくとも1つを含む。ゲート絶縁膜26は、この形態では、酸化シリコン膜からなる単層構造を有している。
ゲート絶縁膜26は、第1部分28、第2部分29および第3部分30を含む。第1部分28は、ゲートトレンチ25の側壁を被覆している。第2部分29は、ゲートトレンチ25の底壁を被覆している。第3部分30は、開口エッジ部を被覆している。第3部分30は、この形態では、開口エッジ部においてゲートトレンチ25の内方に向けて湾曲状に膨出している。
第1部分28の厚さは、10nm以上100nm以下であってもよい。第2部分29は、第1部分28の厚さを超える厚さを有していてもよい。第2部分29の厚さは、50nm以上200nm以下であってもよい。第3部分30は、第1部分28の厚さを超える厚さを有している。第3部分30の厚さは、50nm以上200nm以下であってもよい。むろん、一様な厚さを有するゲート絶縁膜26が形成されていてもよい。
ゲート電極27は、ゲート絶縁膜26を挟んでゲートトレンチ25に埋設されている。ゲート電極27には、ゲート電位が印加される。ゲート電極27は、ボディ領域21に形成されるチャネルのオンオフを制御する。ゲート電極27は、導電性ポリシリコンからなることが好ましい。ゲート電極27は、この形態では、n型不純物が添加されたn型ポリシリコンを含む。
ゲート電極27は、ゲート絶縁膜26を挟んで、ドリフト領域7、ボディ領域21およびソース領域22に対向している。ゲート電極27は、ゲートトレンチ25から露出した電極面を有している。ゲート電極27の電極面は、ゲートトレンチ25の底壁に向かって窪んだ湾曲状に形成され、ゲート絶縁膜26の第3部分30によって狭められている。
SiC半導体装置1は、アクティブ領域11において第1主面3に形成された複数のトレンチソース構造33を含む。複数のトレンチソース構造33は、第1主面3において近接する2つのトレンチゲート構造23の間の領域(つまりメサ部24)に各トレンチゲート構造23から間隔を空けてそれぞれ形成されている。各メサ部24には、3個以上のトレンチソース構造33が形成されていることが好ましい。
複数のトレンチソース構造33は、具体的には、各メサ部24において、第1方向Xに延びる帯状にそれぞれ形成され、第1方向Xに間隔を空けて形成されている。つまり、複数のトレンチソース構造33は、近接する2つのトレンチゲート構造23の対向方向に交差(具体的には直交)する方向に互いに対向している。換言すると、近接する2つのトレンチゲート構造23は第2方向Yに互いに対向する一方、近接する2つのトレンチソース構造33は第1方向Xに互いに対向している。
各メサ部24に形成された複数のトレンチソース構造33は、1つのトレンチゲート構造23を挟んで隣のメサ部24に形成された複数のトレンチソース構造33に一対一の対応関係で対向している。つまり、複数のトレンチソース構造33は、平面視において全体として第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。各トレンチソース構造33は、平面視において四角形状に形成されている。各トレンチソース構造33は、具体的には、平面視において第1方向Xに延びる長方形状(帯状)に形成されている。
複数のトレンチソース構造33は、第2幅W2をそれぞれ有している。第2幅W2は、各トレンチソース構造33が延びる方向に直交する方向(つまり第2方向Y)の幅である。第1幅W1は、0.1μm以上3μm以下であってもよい。第1幅W1は、0.5μm以上1.5μm以下であることが好ましい。第2幅W2は、第1幅W1を超えていてもよいし(W1<W2)、第1幅W1以下(W1≧W2)であってもよい。第2幅W2は、この形態では、第1幅W1とほぼ等しい。第2幅W2は、第1幅W1の値の±10%以内の範囲の値を有していることが好ましい。
複数のトレンチソース構造33は、トレンチ長さLをそれぞれ有している。トレンチ長さLは、各トレンチソース構造33が延びる方向(つまり第1方向X)の長さである。トレンチ長さLは任意であり、各メサ部24の長さや、各メサ部24に形成されるトレンチソース構造33の個数に応じて調整される。
トレンチ長さLは、第2幅W2以上、かつ、第2幅W2の10倍以下であってもよい(W2≦L≦10×W2)。トレンチ長さLは、第2幅W2の5倍以下(L≦5×W2)であることが好ましい。トレンチ長さLは、第1間隔P1以上(P1≦L)であってもよいし、第1間隔P1未満(P1>L)であってもよい。トレンチ長さLは、この形態では、第1間隔P1を超えて第1間隔P1の2倍以下(P1<L≦2×P1)である。
各トレンチソース構造33は、第2深さD2を有している。第2深さD2は、トレンチゲート構造23の第1深さD1の1.5倍以上3倍以下であることが好ましい。第2深さD2は、0.5μm以上10μm以下であってもよい。第2深さD2は、5μm以下であることが好ましい。各トレンチソース構造33のアスペクト比D2/W2は、1以上5以下であることが好ましい。アスペクト比D2/W2は、2以上であることが特に好ましい。アスペクト比D2/W2は、第2幅W2に対する第2深さD2の比である。むろん、第2深さD2は、トレンチゲート構造23の第1深さD1とほぼ等しくてもよい。
複数のトレンチソース構造33は、各メサ部24において、第1方向Xに第2間隔P2を空けて形成されている。第2間隔P2は、第1方向Xに近接する2つのトレンチソース構造33の間の距離である。第2間隔P2は、第1間隔P1以下(P2≦P1)であってもよい。第2間隔P2は、第1間隔P1未満(P2<P1)であることが好ましい。第2間隔P2は、第1間隔P1の4分の1以上(1/4×P1≦P2)であることが特に好ましい。
第2間隔P2は、各トレンチゲート構造23の第1幅W1以上(W1≦P2)であってもよいし、第1幅W1未満(W1>P2)であってもよい。第2間隔P2は、各トレンチソース構造33の第2幅W2以上(W2≦P2)であってもよいし、第2幅W2未満(W1>P2)であってもよい。第2間隔P2は、トレンチ長さL以下であってもよい(P2≦L)。第2間隔P2は、トレンチ長さL未満であることが好ましい(P2<L)。第2間隔P2は、0.4μm以上5μm以下であってもよい。第2間隔P2は、0.8μm以上3μm以下であることが好ましい。
複数のトレンチソース構造33は、第2方向Yに第3間隔P3を空けて形成されている。第3間隔P3は、第2方向Yに近接する2つのトレンチソース構造33の間の距離である。第3間隔P3は、0.4μm以上5μm以下であってもよい。第3間隔P3は、0.8μm以上3μm以下であることが好ましい。第3間隔P3は、第1間隔P1を超えていてもよいし(P1<P3)、第1間隔P1以下(P1≧P3)であってもよい。
複数のトレンチソース構造33は、各メサ部24において、各メサ部24の一部からそれぞれなる複数のセグメント部34を区画している。複数のセグメント部34は、この形態では、各メサ部24において第1方向Xに沿って交互に配列された複数の第1セグメント部34Aおよび複数の第2セグメント部34Bを含む。複数の第1セグメント部34Aは半導体領域が形成される領域であり、複数の第2セグメント部34Bは複数の第1セグメント部34Aとは異なる半導体領域が形成される領域である。
各メサ部24に区画された複数の第1セグメント部34Aは、1つのトレンチゲート構造23を挟んで隣のメサ部24に区画された複数の第1セグメント部34Aに一対一の対応関係で第2方向Yに対向している。各メサ部24に区画された複数の第2セグメント部34Bは、1つのトレンチゲート構造23を挟んで隣のメサ部24に区画された複数の第2セグメント部34Bに一対一の対応関係で第2方向Yに対向している。
各トレンチソース構造33は、側壁および底壁を含む。各トレンチソース構造33の側壁のうち第1方向Xに延びる部分(長辺を形成する部分)は、SiC単結晶のa面によって形成されている。各トレンチソース構造33の側壁のうち第2方向Yに延びる部分(短辺を形成する部分)は、SiC単結晶のm面によって形成されている。各トレンチソース構造33の底壁は、SiC単結晶のc面によって形成されている。
各トレンチソース構造33は、ほぼ一定の開口幅を有する垂直形状に形成されていてもよい。各トレンチソース構造33は、底壁に向かって狭まる開口幅を有する先細り形状に形成されていてもよい。各トレンチソース構造33の底壁は、第2主面4に向かう湾曲形状に形成されていることが好ましい。むろん、各トレンチソース構造33の底壁は、第1主面3に平行な平坦面を有していてもよい。
各トレンチソース構造33は、ボディ領域21およびソース領域22を横切ってドリフト領域7に至るように第1主面3に形成されている。各トレンチソース構造33は、具体的には、ドリフト領域7の底部から第1主面3側に間隔を空けて形成され、ドリフト領域7の一部を挟んでドレイン領域6(バッファ領域10)に対向している。各トレンチソース構造33は、この形態では、高濃度領域9に形成され、高濃度領域9の一部を挟んで低濃度領域8に対向している。
各トレンチソース構造33の側壁は、ドリフト領域7、ボディ領域21およびソース領域22に接している。各トレンチソース構造33の底壁は、ドリフト領域7に接している。各トレンチソース構造33は、この形態では、各トレンチゲート構造23よりも深く形成されている。つまり、各トレンチソース構造33の底壁は、各トレンチゲート構造23の底壁に対してドリフト領域7(高濃度領域9)の底部側に位置している。
複数のトレンチソース構造33は、ソーストレンチ35、ソース絶縁膜36およびソース電極37をそれぞれ含む。以下、1つのトレンチソース構造33について説明する。ソーストレンチ35は、トレンチソース構造33の側壁および底壁を形成している。以下では、ソーストレンチ35の側壁および底壁が、まとめて「壁面(内壁および外壁)」と称されることがある。
ソーストレンチ35の開口エッジ部は、第1主面3からソーストレンチ35に向かって斜め下り傾斜している。開口エッジ部は、第1主面3およびソーストレンチ35の側壁の接続部である。開口エッジ部は、この形態では、SiCチップ2に向かって窪んだ湾曲状に形成されている。開口エッジ部は、ソーストレンチ35の内方に向かう湾曲状に形成されていてもよい。
ソース絶縁膜36は、ソーストレンチ35の内壁に膜状に形成され、ソーストレンチ35内においてリセス空間を区画している。ソース絶縁膜36は、ソーストレンチ35の内壁においてドリフト領域7、ボディ領域21およびソース領域22を被覆している。ソース絶縁膜36は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜および酸窒化シリコン膜のうちの少なくとも1つを含む。ソース絶縁膜36は、この形態では、酸化シリコン膜からなる単層構造を有している。
ソース絶縁膜36は、第1部分38、第2部分39および第3部分40を含む。第1部分38は、ソーストレンチ35の側壁を被覆している。第2部分39は、ソーストレンチ35の底壁を被覆している。第3部分40は、開口エッジ部を被覆している。第3部分40は、この形態では、開口エッジ部においてソーストレンチ35の内方に向けて湾曲状に膨出している。
第1部分38の厚さは、10nm以上100nm以下であってもよい。第2部分39は、第1部分38の厚さを超える厚さを有していてもよい。第2部分39の厚さは、50nm以上200nm以下であってもよい。第3部分40は、第1部分38の厚さを超える厚さを有している。第3部分40の厚さは、50nm以上200nm以下であってもよい。むろん、一様な厚さを有するソース絶縁膜36が形成されていてもよい。
ソース電極37は、ソース絶縁膜36を挟んでソーストレンチ35に埋設されている。ソース電極37には、ソース電位(たとえば基準電位)が印加される。ソース電極37は、ゲート電極27と同一材料からなることが好ましい。つまり、ソース電極37は、導電性ポリシリコンからなることが好ましい。ソース電極37は、この形態では、n型不純物が添加されたn型ポリシリコンを含む。
ソース電極37は、ソース絶縁膜36を挟んで、ドリフト領域7、ボディ領域21およびソース領域22に対向している。ソース電極37には、ソース電位が印加される。ソース電極37は、ソーストレンチ35から露出した電極面を有している。ソース電極37の電極面は、ソーストレンチ35の底壁に向かって窪んだ湾曲状に形成され、ソース絶縁膜36の第3部分30によって狭められている。
SiC半導体装置1は、ボディ領域21の表層部において近接する2つのトレンチソース構造33によって区画された領域に形成されたp型の複数のボディ接続領域51を含む。各ボディ接続領域51は、ボディ領域21のp型不純物濃度を超えるp型不純物濃度を有している。各ボディ接続領域51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。
複数のボディ接続領域51は、ボディ領域21にそれぞれ電気的に接続されている。複数のボディ接続領域51は、具体的には、複数の第1セグメント部34Aにおいてボディ領域21の表層部にそれぞれ形成されている。各ボディ接続領域51は、各第1セグメント部34Aにおいてソース領域22のn型不純物をp型不純物によって相殺する態様で形成され、ボディ領域21に電気的に接続されている。
各ボディ接続領域51は、第1方向Xに近接する少なくとも一方のトレンチソース構造33に接していることが好ましい。各ボディ接続領域51は、この形態では、第1方向Xに近接する2つのトレンチソース構造33の側壁に接している。つまり、各ボディ接続領域51は、各第1セグメント部34Aにおいて、一方側のトレンチソース構造33のソース絶縁膜36を挟んでソース電極37に対向し、他方側のトレンチソース構造33のソース絶縁膜36を挟んでソース電極37に対向している。各ボディ接続領域51は、第1方向Xに近接する2つのトレンチソース構造33の底壁から第1主面3側に間隔を空けて形成されている。各ボディ接続領域51は、具体的には、各トレンチソース構造33の深さ方向の中間部から第1主面3側に間隔を空けて形成されている。
各ボディ接続領域51は、平面視においてトレンチソース構造33よりも幅広に形成され、両サイドに位置するトレンチゲート構造23のいずれか一方または双方に向けて張り出している。各ボディ接続領域51は、この形態では、平面視において各第1セグメント部34Aの全域に形成され、一方側のトレンチゲート構造23および他方側のトレンチゲート構造23に向けて張り出している。
各ボディ接続領域51は、平面視において、第1主面3からソース領域22の一部を露出させるように、第2方向Yに関して近接する2つのトレンチゲート構造23から内方に間隔を空けて形成されている。各ボディ接続領域51は、この形態では、隣り合う複数の第2セグメント部34Bから第1セグメント部34A側に間隔を空けて形成されている。したがって、各ボディ接続領域51は、複数の第2セグメント部34Bの全域を露出させている。
各ボディ接続領域51は、第2方向Yに第3幅W3を有している。第3幅W3は、複数のトレンチゲート構造23の第1間隔P1未満(W3<P1)である。第3幅W3は、各トレンチソース構造33の第2幅W2以上(W2≦W3)であることが好ましい。むろん、第3幅W3は、第2幅W2未満(W2>W3)であってもよい。
SiC半導体装置1は、ボディ領域21の表層部においてボディ接続領域51とは異なる領域で近接する2つのトレンチソース構造33によって区画された領域に形成されたn型の複数のソース接続領域52を含む。各ソース接続領域52は、ドリフト領域7(高濃度領域9)のn型不純物濃度を超えるn型不純物濃度を有している。各ソース接続領域52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。
複数のソース接続領域52は、ソース領域22にそれぞれ電気的に接続されている。複数のソース接続領域52は、具体的には、第2セグメント部34Bに形成されている。つまり、複数のソース接続領域52は、複数のボディ接続領域51とは別のセグメント部34に形成されている。また、複数のソース接続領域52は、各メサ部24において複数のボディ接続領域51と複数のトレンチソース構造33を挟んで交互に形成されている。
各ソース接続領域52は、この形態では、平面視において各第2セグメント部34Bの全域に形成されている。各ソース接続領域52は、各第2セグメント部34Bにおいて、一方側のトレンチソース構造33のソース絶縁膜36を挟んでソース電極37に対向し、他方側のトレンチソース構造33のソース絶縁膜36を挟んでソース電極37に対向している。また、各ソース接続領域52は、トレンチソース構造33を挟んで第1方向Xに各ボディ接続領域51に対向している。
各ソース接続領域52は、この形態では、ソース領域22の一部を利用して形成されている。したがって、各ソース接続領域52は、ソース領域22のn型不純物濃度とほぼ等しいn型不純物濃度を有している。むろん、各ソース接続領域52は、ソース領域22のn型不純物濃度を超えるn型不純物濃度を有していてもよい。各ソース接続領域52は、n型不純物によって相殺されたp型不純物を部分的に含み、全体としてドリフト領域7(高濃度領域9)のn型不純物濃度を超えるn型不純物濃度を有していてもよい。この場合、各ソース接続領域52のn型不純物濃度は、ソース領域22のn型不純物濃度未満であってもよい。
このように、各メサ部24を第1方向Xに横切る断面では、複数のトレンチソース構造33、複数のボディ接続領域51および複数のソース接続領域52が第1方向Xに一列に並んで形成されている。また、第1セグメント部34Aを第2方向Yに横切る断面では、複数のトレンチゲート構造23、複数のボディ接続領域51および複数のソース領域22が第2方向Yに一列に並んで形成されている。
また、第2セグメント部34Bを第2方向Yに横切る断面では、複数のトレンチゲート構造23、複数のソース接続領域52および複数のソース領域22が第2方向Yに一列に並んで形成されている。つまり、SiC半導体装置1は、各メサ部24において、各トレンチソース構造33に交差する方向(つまり第2方向Y)に隣接するボディ接続領域51およびソース接続領域52を有さない。
換言すると、複数のソース接続領域52は、複数のトレンチソース構造33によって複数のボディ接続領域51からそれぞれ分離配置され、複数のボディ接続領域51に直接接続された部分を有していない。複数のソース接続領域52は、ソース領域22を介して複数のボディ接続領域51に電気的に接続されている。
SiC半導体装置1は、ドリフト領域7において複数のトレンチソース構造33の壁面に沿う領域に形成されたp型の複数のトレンチ接続領域53を含む。各トレンチ接続領域53は、ボディ領域21のp型不純物濃度を超えるp型不純物濃度を有している。各トレンチ接続領域53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。
複数のトレンチ接続領域53は、複数のボディ接続領域51にそれぞれ電気的に接続されている。各トレンチ接続領域53は、具体的には、各ボディ接続領域51から近接するトレンチソース構造33の壁面に引き出された領域からなる。この形態では、2つのトレンチ接続領域53が、各ボディ接続領域51から一方側のトレンチソース構造33の壁面および他方側のトレンチソース構造33の壁面に向けて引き出されている。つまり、各トレンチ接続領域53は、各ボディ接続領域51のp型不純物濃度とほぼ等しいp型不純物濃度を有している。また、複数のトレンチ接続領域53は、平面視において複数のトレンチソース構造33に対して一対一の対応関係でそれぞれ形成されている。
各トレンチ接続領域53は、この形態では、平面視においてトレンチソース構造33の中間部を横切るように第1方向Xに延びている。各トレンチ接続領域53は、トレンチソース構造33の壁面の一部を露出させるように、トレンチソース構造33の壁面を部分的に被覆している。各トレンチ接続領域53は、具体的には、各第2セグメント部34Bから各第1セグメント部34A側に間隔を空けて形成されている。
したがって、各トレンチ接続領域53は、トレンチソース構造33の第2セグメント部34B側の端部(側壁および底壁)を露出させている。また、各トレンチ接続領域53は、ソース接続領域52(第2セグメント部34B)を露出させている。各トレンチ接続領域53は、第2方向Yに関して第1主面3からソース領域22の一部を露出させるように、近接する2つのトレンチゲート構造23から内方に間隔を空けて形成されている。
各トレンチ接続領域53は、ドリフト領域7において各トレンチソース構造33の側壁および底壁を被覆している。各トレンチ接続領域53は、各トレンチソース構造33の側壁のうち第1セグメント部34Aを区画する部分においてボディ接続領域51に接続されている。
各トレンチ接続領域53の底部は、ドリフト領域7の底部から第1主面3側に間隔を空けて形成され、ドリフト領域7の一部を挟んでドレイン領域6(バッファ領域10)に対向している。各トレンチ接続領域53は、この形態では、高濃度領域9に形成され、高濃度領域9の一部を挟んで低濃度領域8に対向している。各トレンチ接続領域53は、ソース絶縁膜36を挟んでソース電極37に対向している。
SiC半導体装置1は、ドリフト領域7において複数のトレンチソース構造33の壁面に沿う領域にそれぞれ形成されたp型の複数のウェル領域54を含む。各ウェル領域54は、各トレンチ接続領域53のp型不純物濃度未満のp型不純物濃度を有している。各ウェル領域54のp型不純物濃度は、1.0×1016cm-3以上1.0×1018cm-3以下であってもよい。
複数のウェル領域54は、複数のトレンチソース構造33に対して一対一の対応関係でそれぞれ形成されている。各ウェル領域54は、平面視において各トレンチソース構造33に沿って延びる帯状に形成されている。各ウェル領域54は、トレンチゲート構造23からトレンチソース構造33側に間隔を空けて形成され、トレンチゲート構造23を露出させている。
各ウェル領域54は、各トレンチソース構造33の側壁および底壁を被覆している。各ウェル領域54は、ドリフト領域7(高濃度領域9)の底部から第1主面3側に間隔を空けて形成され、ドリフト領域7の一部を挟んでドレイン領域6(バッファ領域10)に対向している。各ウェル領域54は、この形態では、高濃度領域9に形成され、高濃度領域9の一部を挟んで低濃度領域8に対向している。
各ウェル領域54は、各トレンチソース構造33の全周に亘って各トレンチソース構造33の側壁を被覆している。つまり、各ウェル領域54は、第1セグメント部34Aおよび第2セグメント部34Bに位置する部分を含む。各ウェル領域54は、各トレンチ接続領域53を挟んで各トレンチソース構造33を被覆している。つまり、各ウェル領域54は、各トレンチソース構造33を直接被覆する部分、および、各トレンチ接続領域53を挟んで各トレンチソース構造33を被覆する部分を含む。各ウェル領域54は、各トレンチソース構造33の側壁を被覆する部分においてボディ領域21に接続されている。
各ウェル領域54のうち各トレンチソース構造33の底壁を被覆する部分の厚さは、各ウェル領域54のうち各トレンチソース構造33の側壁を被覆する部分の厚さを超えていることが好ましい。各ウェル領域54においてトレンチソース構造33の側壁を被覆する部分の厚さは、トレンチソース構造33の側壁の法線方向の厚さである。各ウェル領域54においてトレンチソース構造33の底壁を被覆する部分の厚さは、トレンチソース構造33の底壁の法線方向の厚さである。
複数のウェル領域54において複数のトレンチソース構造33の底壁を被覆する部分は、ほぼ一定の深さで形成されている。複数のウェル領域54は、ドリフト領域7(高濃度領域9)とpn接合部を形成し、トレンチゲート構造23(ゲートトレンチ25)に向けて空乏層を拡げる。複数のウェル領域54は、トレンチ絶縁ゲート型のMISFETをpn接合ダイオードの構造に近づけ、SiCチップ2内の電界を緩和する。
複数のウェル領域54は、近接するトレンチゲート構造23の底壁に空乏層がオーバラップするように形成されていることが好ましい。また、複数のウェル領域54は、近接するトレンチソース構造33の底壁に空乏層がオーバラップするように形成されていることが好ましい。複数のウェル領域54の間に介在する高濃度領域9は、JFET(Junction Field Effect Transistor)抵抗を削減する。複数のウェル領域54の直下に位置する高濃度領域9は、電流拡がり抵抗を削減する。低濃度領域8は、このような構造において、SiCチップ2の耐圧を高める。
SiC半導体装置1は、第1方向Xに関して、ドリフト領域7において複数のトレンチゲート構造23の両端部の壁面に沿う領域にそれぞれ形成されたp型の複数のゲートウェル領域55を含む。各ゲートウェル領域55は、各トレンチ接続領域53のp型不純物濃度未満のp型不純物濃度を有している。各ゲートウェル領域55のp型不純物濃度は、1.0×1016cm-3以上1.0×1018cm-3以下であってもよい。各ゲートウェル領域55は、各ウェル領域54のp型不純物濃度とほぼ等しいことが好ましい。
複数のゲートウェル領域55は、少なくともボディ領域21の周縁部およびソース領域22の周縁部の間の領域にそれぞれ形成されている。各ゲートウェル領域55は、平面視において各トレンチゲート構造23に沿って延びる帯状に形成されている。各ゲートウェル領域55は、トレンチソース構造33からトレンチゲート構造23側に間隔を空けて形成され、トレンチゲート構造23のうちソース領域22に沿う部分を露出させている。
各ゲートウェル領域55は、各トレンチゲート構造23の側壁および底壁を被覆している。各ゲートウェル領域55は、ドリフト領域7(高濃度領域9)の底部から第1主面3側に間隔を空けて形成され、ドリフト領域7の一部を挟んでドレイン領域6(バッファ領域10)に対向している。各ゲートウェル領域55は、この形態では、高濃度領域9に形成され、高濃度領域9の一部を挟んで低濃度領域8に対向している。各ゲートウェル領域55は、各トレンチゲート構造23の側壁を被覆する部分においてボディ領域21に接続されている。
複数のゲートウェル領域55の底部は、複数のウェル領域54の底部に対してトレンチゲート構造23の底壁側に位置している。各ゲートウェル領域55のうち各トレンチゲート構造23の底壁を被覆する部分の厚さは、各ゲートウェル領域55のうち各トレンチゲート構造23の側壁を被覆する部分の厚さを超えていることが好ましい。各ゲートウェル領域55においてトレンチゲート構造23の側壁を被覆する部分の厚さは、トレンチゲート構造23の側壁の法線方向の厚さである。各ゲートウェル領域55においてトレンチゲート構造23の底壁を被覆する部分の厚さは、トレンチゲート構造23の底壁の法線方向の厚さである。
複数のゲートウェル領域55の底部において複数のトレンチゲート構造23の底壁を被覆する部分は、ほぼ一定の深さで形成されている。複数のゲートウェル領域55は、ドリフト領域7(高濃度領域9)とpn接合部を形成し、トレンチゲート構造23およびトレンチソース構造33に向けて空乏層を拡げる。複数のゲートウェル領域55は、トレンチ絶縁ゲート型のMISFETをpn接合ダイオードの構造に近づけ、SiCチップ2内の電界を緩和する。
SiC半導体装置1は、第1主面3を被覆する層間絶縁膜60を含む。層間絶縁膜60は、この形態では、第1主面3側からこの順に積層された第1絶縁膜61および第2絶縁膜62を含む積層構造を有している。
第1絶縁膜61は、第1主面3に沿って膜状に形成され、複数のゲート絶縁膜26および複数のソース絶縁膜36に連なっている。第1絶縁膜61は、複数のゲート電極27および複数のソース電極37を露出させている。第1絶縁膜61は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜および酸窒化シリコン膜のうちの少なくとも1つを含む。第1絶縁膜61は、この形態では、酸化シリコン膜の一例としてのNSG(Nondoped Silicate Glass)膜を含む。第1絶縁膜61の厚さは、10nm以上300nm以下であってもよい。
第2絶縁膜62は、第1絶縁膜61に沿って膜状に形成され、複数のトレンチゲート構造23および複数のトレンチソース構造33を選択的に被覆している。第2絶縁膜62は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜および酸窒化シリコン膜のうちの少なくとも1つを含む。第2絶縁膜62は、この形態では、酸化シリコン膜の一例としてのPSG(Phosphor Silicate Glass)膜を含む。第2絶縁膜62の厚さは、50nm以上500nm以下であってもよい。第2絶縁膜62の厚さは、第1絶縁膜61の厚さを超えていることが好ましい。
層間絶縁膜60は、複数のゲート開口63、複数の第1ソース開口64、複数の第2ソース開口65および複数の第3ソース開口66を含む。ゲート開口63は、トレンチゲート構造23用の開口である。第1ソース開口64は、トレンチソース構造33用の開口である。第2ソース開口65は、ボディ接続領域51用の開口である。第3ソース開口66は、ソース接続領域52用の開口である。
複数のゲート開口63は、複数のトレンチゲート構造23の両端部側にそれぞれ形成され、複数のトレンチゲート構造23(具体的にはゲート電極27)を一対一の対応関係でそれぞれ露出させている。各ゲート開口63の平面形状は任意であり、各ゲート開口63は、正方形状、長方形状、円形状等に形成されていてもよい。
複数の第1ソース開口64は、複数のトレンチソース構造33(具体的にはソース電極37)を一対一の対応関係でそれぞれ露出させている。各第1ソース開口64は、平面視において各トレンチソース構造33の側壁によって取り囲まれた領域内に形成されている。各第1ソース開口64は、具体的には、各トレンチソース構造33の側壁から内方に間隔を空けて形成され、ソース電極37のみを露出させている。各第1ソース開口64の平面形状は任意であり、各第1ソース開口64は、正方形状、長方形状、円形状等に形成されていてもよい。
複数の第2ソース開口65は、複数のボディ接続領域51を一対一の対応関係でそれぞれ露出させている。各メサ部24についてみると、複数の第2ソース開口65は、複数の第1ソース開口64から第1方向Xに間隔を空けて形成され、第1方向Xに複数の第1ソース開口64にそれぞれ対向している。各第2ソース開口65の平面形状は任意であり、各第2ソース開口65は、正方形状、長方形状、円形状等に形成されていてもよい。
複数の第3ソース開口66は、複数のソース接続領域52を一対一の対応関係でそれぞれ露出させている。各メサ部24についてみると、複数の第3ソース開口66は、複数の第1ソース開口64および複数の第2ソース開口65から第1方向Xに間隔を空けて形成され、第1方向Xに複数の第1ソース開口64および複数の第2ソース開口65にそれぞれ対向している。
各第3ソース開口66の平面形状は任意であり、各第3ソース開口66は、正方形状、長方形状、円形状等に形成されていてもよい。各メサ部24についてみると、複数の第1ソース開口64、複数の第2ソース開口65および複数の第3ソース開口66は、平面視において複数のトレンチソース構造33を第1方向Xに結ぶライン上に間隔を空けて配列されている。
SiC半導体装置1は、層間絶縁膜60の上に配置されたゲート主面電極71を含む。ゲート主面電極71は導線(たとえばボンディングワイヤ)に外部接続される外部端子であり、ゲート主面電極71にはゲート電位が印加される。ゲート主面電極71は、複数のトレンチゲート構造23(ゲート電極27)に電気的に接続され、入力されたゲート電位(ゲート信号)を複数のトレンチゲート構造23(ゲート電極27)に伝達する。
ゲート電位は、10V以上50V以下(たとえば30V程度)であってもよい。ゲート主面電極71は、パッド領域12bの上に配置されている。ゲート主面電極71は、層間絶縁膜60を挟んでパッド領域12bに対向している。ゲート主面電極71は、この形態では、平面視において第1主面3に平行な4辺を有する四角形状に形成されている。
SiC半導体装置1は、ゲート主面電極71から層間絶縁膜60の上に引き出されたゲート配線電極72を含む。ゲート配線電極72は、ゲート主面電極71に印加されたゲート電位を他の領域に伝達する。ゲート配線電極72は、平面視において複数の方向からアクティブ領域11を区画するように帯状に延びている。ゲート配線電極72は、この形態では、平面視において3つの方向からアクティブ領域11を区画するように、第1側面5A、第3側面5Cおよび第4側面5Dに沿って帯状に延びている。
ゲート配線電極72は、平面視において複数のトレンチゲート構造23の両端部に交差(具体的には直交)している。ゲート配線電極72は、層間絶縁膜60の上から複数のゲート開口63に入り込み、複数のゲート電極27に電気的に接続されている。これにより、ゲート主面電極71に印加されたゲート電位が、ゲート配線電極72を介して複数のトレンチゲート構造23に伝達される。
SiC半導体装置1は、ゲート主面電極71およびゲート配線電極72から間隔を空けて層間絶縁膜60の上に配置されたソース主面電極73を含む。ソース主面電極73は導線(たとえばボンディングワイヤ)に外部接続される外部端子であり、ソース主面電極73にはソース電位が印加される。
ソース主面電極73は、複数のトレンチソース構造33(ソース電極37)、複数のボディ接続領域51および複数のソース接続領域52に電気的に接続され、入力されたソース電位を複数のトレンチソース構造33(ソース電極37)、複数のボディ接続領域51および複数のソース接続領域52に伝達する。ソース電位は、基準電位(たとえばグランド電位)であってもよい。
ソース主面電極73は、具体的には、層間絶縁膜60においてゲート主面電極71およびゲート配線電極72によって区画された領域に配置され、アクティブ領域11に対向している。ソース主面電極73は、この形態では、平面視においてゲート主面電極71に整合するように、第1側面5Aに沿う辺の中央部から内方部に向けて窪んだ凹部73aを有している。ソース主面電極73は、複数のトレンチゲート構造23の全ておよび複数のトレンチソース構造33の全てに対向している。
ソース主面電極73は、層間絶縁膜60の上から複数の第1ソース開口64、複数の第2ソース開口65および複数の第3ソース開口66に入り込み、複数のソース電極37、複数のボディ接続領域51および複数のソース接続領域52に電気的に接続されている。これにより、ソース主面電極73に印加されたソース電位が、複数のソース電極37、複数のボディ接続領域51および複数のソース接続領域52に伝達される。
ソース電位は、複数のボディ接続領域51および複数のソース接続領域52を介して、ボディ領域21、ソース領域22、複数のトレンチ接続領域53、複数のウェル領域54および複数のゲートウェル領域55に伝達される。各メサ部24についてみると、ソース主面電極73は、複数のトレンチソース構造33を第1方向Xに結ぶライン上で、複数のトレンチソース構造33、複数のボディ接続領域51および複数のソース接続領域52に電気的に接続されている。
ゲート主面電極71、ゲート配線電極72およびソース主面電極73は、層間絶縁膜60側からこの順に積層された第1電極膜74および第2電極膜75を含む積層構造をそれぞれ有している。
第1電極膜74は、層間絶縁膜60に沿って膜状に形成されている。第1電極膜74は、この形態では、Ti系金属膜からなる。第1電極膜74は、チタン膜および窒化チタン膜のうちの少なくとも1種を含む。第1電極膜74は、チタン膜または窒化チタン膜からなる単層構造を有していてもよい。第1電極膜74は、この形態では、第1主面3側からこの順に積層されたチタン膜および窒化チタン膜を含む積層構造を有している。
第2電極膜75は、第1電極膜74の主面に沿って膜状に形成されている。第1電極膜74は、Cu系金属膜またはAl系金属膜からなる。第1電極膜74は、純Cu膜(純度が99%以上のCu膜)、純Al膜(純度が99%以上のAl膜)、AlCu合金膜、AlSi合金膜、および、AlSiCu合金膜のうちの少なくとも1種を含んでいてもよい。第1電極膜74は、この形態では、AlCu合金膜からなる単層構造を有している。
SiC半導体装置1は、層間絶縁膜60の上において、ゲート主面電極71、ゲート配線電極72およびソース主面電極73を選択的に被覆する最上絶縁膜80を含む。最上絶縁膜80は、ゲート配線電極72の全域を被覆し、ゲート主面電極71を露出させる第1パッド開口81、および、ソース主面電極73を露出させる第2パッド開口82を有している。
第1パッド開口81の平面形状、および、第2パッド開口82の平面形状は任意である。最上絶縁膜80は、第1~第4側面5A~5Dから内方に間隔を空けて形成され、第1~第4側面5A~5Dとの間で層間絶縁膜60を露出させるダイシングストリート83を区画している。ダイシングストリート83の幅は、1μm以上50μm以下であってもよい。ダイシングストリート83の幅は、ダイシングストリート83が延びる方向に直交する方向の幅である。
最上絶縁膜80は、この形態では、層間絶縁膜60側からこの順に積層された無機絶縁膜84および有機絶縁膜85を含む積層構造を有している。無機絶縁膜84は、比較的高い緻密度を有する無機絶縁体からなり、水分(湿気)に対するバリア性(遮蔽性)を有している。無機絶縁膜84は、外部からの水分(湿気)を遮蔽し、不所望な酸化からSiCチップ2、ゲート主面電極71、ゲート配線電極72、ソース主面電極73等を保護する。無機絶縁膜84は、パッシベーション膜と称されてもよい。
無機絶縁膜84は、複数の絶縁膜を含む積層構造を有していてもよいし、単一の絶縁膜からなる単層構造を有していてもよい。無機絶縁膜84は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜および酸窒化シリコン膜のうちの少なくとも1つを含むことが好ましい。無機絶縁膜84は、複数の酸化シリコン膜を含む積層構造、複数の窒化シリコン膜を含む積層構造、または、複数の酸窒化シリコン膜を含む積層構造を有していてもよい。
無機絶縁膜84は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜および酸窒化シリコン膜のうちの少なくとも2種を任意の順序で積層させた積層構造を有していてもよい。無機絶縁膜84は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜からなる単層構造を有していてもよい。無機絶縁膜84は、この形態では、窒化シリコン膜からなる単層構造を有している。つまり、無機絶縁膜84は、層間絶縁膜60とは異なる絶縁体からなる。無機絶縁膜84の厚さは、0.1μm以上5μm以下であってもよい。無機絶縁膜84の厚さは、1μm以上3μm以下であることが好ましい。
有機絶縁膜85は、無機絶縁膜84の硬度よりも低い硬度を有している。換言すると、有機絶縁膜85は、無機絶縁膜84の弾性率よりも小さい弾性率を有し、外力に対する緩衝材として機能する。有機絶縁膜85は、外力からSiCチップ2、ゲート主面電極71、ゲート配線電極72、ソース主面電極73等を保護する。
有機絶縁膜85は、感光性樹脂を含むことが好ましい。感光性樹脂は、ネガティブタイプまたはポジティブタイプであってもよい。有機絶縁膜85は、ポリイミド膜、ポリアミド膜およびポリベンゾオキサゾール膜のうちの少なくとも1つを含んでいてもよい。有機絶縁膜85は、この形態では、ポリベンゾオキサゾール膜を含む。有機絶縁膜85の厚さは、1μm以上50μm以下であってもよい。有機絶縁膜85の厚さは、無機絶縁膜84の厚さを超えていることが好ましい。有機絶縁膜85の厚さは、5μm以上20μm以下であることが好ましい。
SiC半導体装置1は、第2主面4を被覆するドレイン電極91を含む。ドレイン電極91は、第2主面4の全域を被覆し、第1~第4側面5A~5Dに連なっている。ドレイン電極91は、ドレイン領域6(第2主面4)に電気的に接続されている。ドレイン電極91は、具体的には、ドレイン領域6(第2主面4)とオーミック接触を形成している。
ドレイン電極91は、この形態では、第2主面4側からこの順に積層されたTi膜92、Ni膜93、Pd膜94、Au膜95およびAg膜96を含む。ドレイン電極91は、少なくともTi膜92を含んでいればよく、Ni膜93、Pd膜94、Au膜95およびAg膜96の有無はそれぞれ任意である。ドレイン電極91は、一例として、Ti膜92、Ni膜93およびAu膜95を含む積層構造を有していてもよい。
以上、SiC半導体装置1は、SiCチップ2(半導体チップ)、n型のドリフト領域7、p型のボディ領域21、n型のソース領域22、複数のトレンチソース構造33、p型のボディ接続領域51、および、n型のソース接続領域52を含む。SiCチップ2は、第1主面3を有している。ドリフト領域7は、第1主面3の表層部に形成されている。ボディ領域21は、ドリフト領域7の表層部に形成されている。ソース領域22は、ボディ領域21の表層部に形成されている。
複数のトレンチソース構造33は、ソース領域22およびボディ領域21を横切り、ドリフト領域7に至るように第1主面3に形成され、第1方向Xに間隔を空けて第1主面3に配列されている。ボディ接続領域51は、ボディ領域21に電気的に接続されるようにボディ領域21の表層部において近接する2つのトレンチソース構造33の間の領域に形成されている。ソース接続領域52は、ソース領域22に電気的に接続されるようにボディ領域21の表層部においてボディ接続領域51とは異なる領域で近接する2つのトレンチソース構造33の間の領域に形成されている。
このSiC半導体装置1によれば、トレンチソース構造33、ボディ接続領域51およびソース接続領域52が第1方向Xに並んで形成されている。したがって、第1方向Xに交差する第2方向Yに隣接するようにボディ接続領域51およびソース接続領域52を形成せずに済む。
これにより、トレンチソース構造33、ボディ接続領域51およびソース接続領域52に起因する第2方向Yの大型化を抑制できる。また、第2方向Yにボディ接続領域51およびソース接続領域52を隣接させる必要がないので、ボディ接続領域51のアライメントマージンおよびソース接続領域52のアライメントマージンをそれぞれ緩和できる。よって、微細化に寄与できるSiC半導体装置1を提供できる。
ソース接続領域52は、トレンチソース構造33を挟んで第1方向Xにボディ接続領域51に対向していることが好ましい。複数のトレンチソース構造33は、第1方向Xに延びる帯状にそれぞれ形成されていることが好ましい。
ボディ接続領域51は、ボディ領域21のp型不純物濃度を超えるp型不純物濃度を有していることが好ましい。ソース領域22は、ドリフト領域7のn型不純物濃度を超えるn型不純物濃度を有していることが好ましい。ソース接続領域52は、ドリフト領域7のn型不純物濃度を超えるn型不純物濃度を有していることが好ましい。ソース接続領域52は、ソース領域22の一部を利用して形成されていることが好ましい。
複数のボディ接続領域51が形成され、複数のソース接続領域52が形成されていることが好ましい。この場合、複数のソース接続領域52は、第1方向Xに沿って複数のボディ接続領域51と交互に形成されていることが好ましい。この構造によれば、MISFETの電気的特性に関して、複数のボディ接続領域51および複数のソース接続領域52に起因する面内ばらつきを抑制できる。
SiC半導体装置1は、複数のトレンチゲート構造23を含むことが好ましい。複数のトレンチゲート構造23は、ソース領域22およびボディ領域21を横切り、ドリフト領域7に至るように第1主面3に形成され、第1方向Xにそれぞれ延び、第1方向Xに交差する第2方向Yに間隔を空けて第1主面3に配列されていることが好ましい。この場合、複数のトレンチソース構造33は、近接する2つのトレンチゲート構造23の間で第1方向Xに間隔を空けて第1主面3に配列されていることが好ましい。
この構造によれば、近接する2つのトレンチゲート構造23の間において、トレンチソース構造33、ボディ接続領域51およびソース接続領域52が第1方向Xに並んで形成されている。つまり、ボディ接続領域51およびソース接続領域52は、近接する2つのトレンチゲート構造23の間において第2方向Yに隣接していない。これにより、近接する2つのトレンチゲート構造23の間の距離を狭めることができる。よって、微細化に寄与できるSiC半導体装置1を提供できる。
この構造において、ボディ接続領域51は、複数のトレンチゲート構造23から間隔を空けて形成されていることが好ましい。各トレンチソース構造33は、各トレンチゲート構造23よりも深く形成されていることが好ましい。複数のトレンチゲート構造23は、第2方向Yに第1間隔P1を空けて配列され、複数のトレンチソース構造33は、第1方向Xに第1間隔P1未満の第2間隔P2(P2<P1)を空けて配列されていることが好ましい。
複数のトレンチゲート構造23は、具体的には、第1方向Xにそれぞれ延びる複数のメサ部24を第1主面3に区画している。一方、複数のトレンチソース構造33は、メサ部24においてメサ部24の一部からそれぞれなる複数のセグメント部34を区画している。この構造において、ボディ接続領域51はセグメント部34に形成され、ソース接続領域52はボディ接続領域51が形成されたセグメント部34とは異なるセグメント部34に形成されている。この構造によれば、ボディ接続領域51の形成部をセグメント部34に定め、ソース接続領域52の形成部をセグメント部34に定めることができる。よって、ボディ接続領域51およびソース接続領域52を適切にそれぞれ形成できる。
この場合、複数のセグメント部34は、第1方向Xに沿って交互に配列された複数の第1セグメント部34Aおよび複数の第2セグメント部34Bを含むことが好ましい。この構造において、複数のボディ接続領域51が複数の第1セグメント部34Aに形成され、複数のソース接続領域52が複数の第2セグメント部34Bに形成されていることが好ましい。この構造によれば、MISFETの電気的特性に関して、複数のボディ接続領域51および複数のソース接続領域52に起因する面内ばらつきを抑制できる。
SiC半導体装置1は、p型のトレンチ接続領域53を含むことが好ましい。トレンチ接続領域53は、ボディ領域21のp型不純物濃度を超えるp型不純物濃度を有していることが好ましい。トレンチ接続領域53は、ドリフト領域7の表層部においてボディ接続領域51から少なくとも1つのトレンチソース構造33の壁面に沿う領域に引き出されていることが好ましい。
この構造によれば、ボディ接続領域51に印加された電位(具体的にはソース電位)を、トレンチ接続領域53を介してトレンチソース構造33側の領域に伝達させることができる。トレンチ接続領域53は、トレンチソース構造33の側壁および底壁を被覆していることが好ましい。また、トレンチ接続領域53は、トレンチソース構造33の壁面の一部を露出させるようにトレンチソース構造33の壁面を部分的に被覆していることが好ましい。
SiC半導体装置1は、p型のウェル領域54を含むことが好ましい。ウェル領域54は、ボディ接続領域51のp型不純物濃度未満のp型不純物濃度を有していることが好ましい。ウェル領域54は、ドリフト領域7の表層部においてトレンチ接続領域53を被覆するように少なくとも1つのトレンチソース構造33の壁面に沿う領域に形成されていることが好ましい。この構造によれば、ウェル領域54によって耐圧を向上させることができる。ウェル領域54は、トレンチ接続領域53を挟んでトレンチソース構造33を被覆する部分、および、トレンチソース構造33を直接被覆する部分を有していることが好ましい。
SiC半導体装置1は、ソース主面電極73を含むことが好ましい。ソース主面電極73は、第1主面3の上に形成され、トレンチソース構造33、ボディ接続領域51およびソース接続領域52を結ぶライン上で、トレンチソース構造33、ボディ接続領域51およびソース接続領域52に電気的に接続されていることが好ましい。
SiC半導体装置1は、層間絶縁膜60を含むことが好ましい。層間絶縁膜60は、第1主面3を被覆し、トレンチソース構造33、ボディ接続領域51およびソース接続領域52を露出させる複数の開口を有していることが好ましい。この場合、ソース主面電極73は、複数の開口内においてトレンチソース構造33、ボディ接続領域51およびソース接続領域52に電気的に接続されていることが好ましい。
層間絶縁膜60は、この形態では、トレンチソース構造33を露出させる第1ソース開口64、ボディ接続領域51を露出させる第2ソース開口65、および、ソース接続領域52を露出させる第3ソース開口66を含む。ソース主面電極73は、層間絶縁膜60の上から第1ソース開口64、第2ソース開口65および第3ソース開口66に入り込み、トレンチソース構造33、ボディ接続領域51およびソース接続領域52に電気的に接続されている。
SiC半導体装置1は、別の観点からも微細化に寄与した構造を有している。つまり、SiC半導体装置1は、SiCチップ2(半導体チップ)、n型のドリフト領域7、p型のボディ領域21、n型のソース領域22、複数のトレンチゲート構造23、トレンチソース構造33、p型のボディ接続領域51、および、n型のソース接続領域52を含む。SiCチップ2は、第1主面3を有している。ドリフト領域7は、第1主面3の表層部に形成されている。ボディ領域21は、ドリフト領域7の表層部に形成されている。ソース領域22は、ボディ領域21の表層部に形成されている。
複数のトレンチゲート構造23は、第1方向Xにそれぞれ延び、第1方向Xに交差する第2方向Yに間隔を空けて配列され、ソース領域22およびボディ領域21を横切ってドリフト領域7に至るように第1主面3に形成されている。トレンチソース構造33は、近接する2つのトレンチゲート構造23の間でソース領域22およびボディ領域21を横切ってドリフト領域7に至るように第1主面3に形成されている。トレンチソース構造33は、第1方向Xの一方側の一端部、および、第1方向Xの他方側の他端部を有している。
ボディ接続領域51は、ボディ領域21に電気的に接続されるようにボディ領域21の表層部においてトレンチソース構造33の一端部側の領域に形成されている。ソース接続領域52は、ソース領域22に電気的に接続されるようにボディ領域21の表層部においてトレンチソース構造33の他端部側の領域に形成されている。
この構造によれば、近接する2つのトレンチゲート構造23の間において、トレンチソース構造33、ボディ接続領域51およびソース接続領域52が第1方向Xに並んで形成されている。つまり、ボディ接続領域51およびソース接続領域52は、メサ部24において第2方向Yに隣接していない。これにより、近接する2つのトレンチゲート構造23の間の距離を狭めることができる。また、ボディ接続領域51のアライメントマージンおよびソース接続領域52のアライメントマージンをそれぞれ緩和できる。よって、微細化に寄与できるSiC半導体装置1を提供できる。
図11は、図4に対応し、本発明の第2実施形態に係るSiC半導体装置101の構造を説明するための平面図である。以下、SiC半導体装置1に対して述べられた構造に対応する構造に同一の参照符号が付され、それらの説明は省略される。
図11を参照して、複数のメサ部24は、この形態では、第2方向Yに交互に配列された複数の第1メサ部24Aおよび複数の第2メサ部24Bを含む。各第1メサ部24Aでは、複数の第1セグメント部34Aおよび複数の第2セグメント部34Bが第1方向Xに沿って交互に配列されている。
各第2メサ部24Bでは、複数の第1セグメント部34Aおよび複数の第2セグメント部34Bが第1方向Xに沿って交互に配列されている。各第2メサ部24Bの複数の第1セグメント部34Aは、第2方向Yに各第1メサ部24Aの複数の第2セグメント部34Bに対向している。各第2メサ部24Bの複数の第2セグメント部34Bは、第2方向Yに各第1メサ部24Aの複数の第1セグメント部34Aに対向している。
複数のボディ接続領域51は、ボディ領域21の表層部において近接する2つのトレンチソース構造33によって区画された領域に形成されている。複数のボディ接続領域51は、具体的には、各第1メサ部24Aおよび各第2メサ部24Bにおいて複数の第1セグメント部34Aにそれぞれ形成されている。
一方、ソース接続領域52は、ボディ領域21の表層部においてボディ接続領域51とは異なる領域で近接する2つのトレンチソース構造33によって区画された領域に形成されている。複数のソース接続領域52は、具体的には、各第1メサ部24Aおよび各第2メサ部24Bにおいて複数の第2セグメント部34Bにそれぞれ形成されている。つまり、各第2メサ部24Bの複数のボディ接続領域51は、第2方向Yに各第1メサ部24Aの複数のソース接続領域52に対向している。また、各第2メサ部24Bの複数のソース接続領域52は、第2方向Yに各第1メサ部24Aの複数のボディ接続領域51に対向している。
以上、SiC半導体装置101によっても、SiC半導体装置1に対して述べられた効果と同様の効果が奏される。
図12は、図4に対応し、本発明の第3実施形態に係るSiC半導体装置111の構造を説明するための平面図である。以下、SiC半導体装置1に対して述べられた構造に対応する構造に同一の参照符号が付され、それらの説明は省略される。
図12を参照して、複数のメサ部24は、この形態では、第2方向Yに交互に配列された複数の第1メサ部24Aおよび複数の第2メサ部24Bを含む。各第1メサ部24Aでは、複数のトレンチソース構造33が第1方向Xに間隔を空けて配列されている。複数のトレンチソース構造33は、各第1メサ部24Aにおいて複数のセグメント部34を区画している。各第1メサ部24Aの複数のセグメント部34は、第1方向Xに沿って交互に配列された複数の第1セグメント部34Aおよび複数の第2セグメント部34Bを含む。
各第2メサ部24Bでは、複数のトレンチソース構造33が第1方向Xに間隔を空けて配列されている。各第2メサ部24Bの複数のトレンチソース構造33は、第2方向Yに各第1メサ部24Aの複数のセグメント部34に対向するように各第1メサ部24Aの複数のトレンチソース構造33に対して第1方向Xにずれて配列されている。各第2メサ部24Bの複数のトレンチソース構造33は、この形態では、各第1メサ部24Aの複数のトレンチソース構造33に対して第1方向Xにハーフピッチ分だけずれて配列されている。つまり、複数のトレンチソース構造33は、平面視において全体として第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る。
複数のトレンチソース構造33は、各第2メサ部24Bにおいて複数のセグメント部34を区画している。各第2メサ部24Bの複数のセグメント部34は、第1方向Xに沿って交互に配列された複数の第1セグメント部34Aおよび複数の第2セグメント部34Bを含む。各第2メサ部24Bの複数の第1セグメント部34Aは、第2方向Yに各第1メサ部24Aの複数のトレンチソース構造33にそれぞれ対向している。各第2メサ部24Bの複数の第2セグメント部34Bは、第2方向Yに各第1メサ部24Aの複数のトレンチソース構造33にそれぞれ対向している。
複数のボディ接続領域51は、ボディ領域21の表層部において近接する2つのトレンチソース構造33によって区画された領域に形成されている。複数のボディ接続領域51は、具体的には、各第1メサ部24Aおよび各第2メサ部24Bにおいて複数の第1セグメント部34Aにそれぞれ形成されている。つまり、各第1メサ部24Aの複数のボディ接続領域51は、第2方向Yに各第2メサ部24Bの複数のトレンチソース構造33に対向している。また、各第2メサ部24Bの複数のボディ接続領域51は、第2方向Yに各第1メサ部24Aの複数のトレンチソース構造33に対向している。
一方、複数のソース接続領域52は、ボディ領域21の表層部においてボディ接続領域51とは異なる領域で近接する2つのトレンチソース構造33によって区画された領域に形成されている。複数のソース接続領域52は、具体的には、各第1メサ部24Aおよび各第2メサ部24Bにおいて複数の第2セグメント部34Bにそれぞれ形成されている。つまり、各第1メサ部24Aの複数のソース接続領域52は、第2方向Yに各第2メサ部24Bの複数のトレンチソース構造33に対向している。また、各第2メサ部24Bの複数のソース接続領域52は、第2方向Yに各第1メサ部24Aの複数のトレンチソース構造33に対向している。
複数のトレンチ接続領域53は、第1実施形態の場合と同様の態様で形成されている。複数のトレンチ接続領域53は、第2方向Yに複数のソース接続領域52(第2セグメント部34B)に対向していることが好ましい。
以上、SiC半導体装置111によっても、SiC半導体装置1に対して述べられた効果と同様の効果が奏される。
図13は、図4に対応し、本発明の第4実施形態に係るSiC半導体装置121の構造を説明するための平面図である。以下、SiC半導体装置1に対して述べられた構造に対応する構造に同一の参照符号が付され、それらの説明は省略される。
図13を参照して、複数のボディ接続領域51は、ボディ領域21の表層部において近接する2つのトレンチソース構造33によって区画された領域に形成されている。複数のボディ接続領域51は、具体的には、複数のセグメント部34において一方側のトレンチソース構造33から他方側のトレンチソース構造33側に間隔を空けてボディ領域21の表層部にそれぞれ形成されている。各ボディ接続領域51は、第1方向Xに他方側のトレンチソース構造33に接している。つまり、各ボディ接続領域51は、各セグメント部34において、他方側のトレンチソース構造33のソース絶縁膜36を挟んでソース電極37に対向している。
一方、複数のソース接続領域52は、ボディ領域21の表層部においてボディ接続領域51とは異なる領域で近接する2つのトレンチソース構造33によって区画された領域に形成されている。各ソース接続領域52は、具体的には、各ボディ接続領域51と併存するように、各ボディ接続領域51と同じセグメント部34に形成されている。
複数のソース接続領域52は、具体的には、複数のセグメント部34において他方側のトレンチソース構造33から一方側のトレンチソース構造33側に間隔を空けてボディ領域21の表層部にそれぞれ形成されている。複数のソース接続領域52は、複数のボディ接続領域51に第1方向Xから隣接している。各ソース接続領域52は、第1方向Xに一方側のトレンチソース構造33に接している。各ソース接続領域52は、各セグメント部34において一方側のトレンチソース構造33のソース絶縁膜36を挟んでソース電極37に対向している。
複数のトレンチ接続領域53は、複数のボディ接続領域51から近接するトレンチソース構造33の壁面にそれぞれ引き出されている。この形態では、1つのトレンチ接続領域53が、各ボディ接続領域51から近接するトレンチソース構造33の壁面に向けて引き出されている。つまり、複数のトレンチ接続領域53は、平面視において複数のトレンチソース構造33に対して一対一の対応関係でそれぞれ形成されている。各トレンチ接続領域53は、この形態では、平面視においてトレンチソース構造33の中間部を横切っている。
各トレンチ接続領域53は、トレンチソース構造33の壁面の一部を露出させるように、トレンチソース構造33の壁面を部分的に被覆している。各トレンチ接続領域53は、具体的には、各ソース接続領域52側のセグメント部34から各ボディ接続領域51側のセグメント部34に間隔を空けて形成されている。
したがって、各トレンチ接続領域53は、ソース接続領域52を露出させている。また、各トレンチ接続領域53は、トレンチソース構造33のソース接続領域52側の端部(側壁および底壁)を露出させている。各トレンチ接続領域53は、第2方向Yに関して第1主面3からソース領域22の一部を露出させるように、近接する2つのトレンチゲート構造23から内方に間隔を空けて形成されている。
層間絶縁膜60は、この形態では、第3ソース開口66を有さず、複数の第1ソース開口64および複数の第2ソース開口65を含む。各第2ソース開口65は、この形態では、ボディ接続領域51およびソース接続領域52用の開口として形成されている。つまり、各第2ソース開口65は、各セグメント部34に対して一対一の対応関係で形成され、各ボディ接続領域51および各ソース接続領域52を露出させている。
各メサ部24についてみると、複数の第2ソース開口65は、複数の第1ソース開口64から第1方向Xに間隔を空けて形成され、第1方向Xに複数の第1ソース開口64にそれぞれ対向している。各第2ソース開口65の平面形状は任意であり、各第2ソース開口65は、正方形状、長方形状、円形状等に形成されていてもよい。
以上、SiC半導体装置121によっても、SiC半導体装置1に対して述べられた効果と同様の効果が奏される。むろん、1つのセグメント部34にボディ接続領域51およびソース接続領域52が併存した構造は、第2~第3実施形態にも適用できる。
図14は、図4に対応し、本発明の第5実施形態に係るSiC半導体装置131の構造を説明するための平面図である。以下、SiC半導体装置1に対して述べられた構造に対応する構造に同一の参照符号が付され、それらの説明は省略される。
図14を参照して、SiC半導体装置131に係る層間絶縁膜60では、第1ソース開口64、第2ソース開口65および第3ソース開口66が一体的に形成されている。つまり、層間絶縁膜60は、複数のメサ部24に沿って第1方向Xにそれぞれ延びる複数のライン状のソース開口132を有している。
各ソース開口132は、各メサ部24において複数のトレンチソース構造33(ソース電極37)、複数のボディ接続領域51および複数のソース接続領域52を一括して露出させている。この場合、ソース主面電極73は、層間絶縁膜60の上から複数のソース開口132に入り込み、複数のメサ部24のトレンチソース構造33、ボディ接続領域51およびソース接続領域52に電気的に接続される。
以上、SiC半導体装置131によっても、SiC半導体装置1に対して述べられた効果と同様の効果が奏される。むろん、層間絶縁膜60が複数のソース開口132を有する構造は、第2~第4実施形態にも適用できる。第4実施形態では、複数の第1ソース開口64および複数の第2ソース開口65に代えて、ソース開口132が採用されることが好ましい。
図15は、図4に対応し、本発明の第6実施形態に係るSiC半導体装置141の構造を説明するための平面図である。図16は、図15に示すXVI-XVI線に沿う断面図である。以下、SiC半導体装置1に対して述べられた構造に対応する構造に同一の参照符号が付され、それらの説明は省略される。
図15および図16を参照して、SiC半導体装置141は、SiC半導体装置1に係るトレンチソース構造33とは異なる構造からなるトレンチソース構造33を有している。各トレンチソース構造33のソーストレンチ35は、具体的には、開口側の第1トレンチ部35aおよび底壁側の第2トレンチ部35bを含む。第1トレンチ部35aは、第2方向Yに関して第1トレンチ幅WT1を有している。第1トレンチ幅WT1は、トレンチソース構造33の第2幅W2である。第1トレンチ部35aは、底壁側に向かって第1トレンチ幅WT1が狭まる先細り形状に形成されていてもよい。
第1トレンチ部35aは、ボディ領域21およびソース領域22を露出させている。第1トレンチ部35aは、ゲートトレンチ25の底壁に対して第1主面3側の領域に形成されていることが好ましい。つまり、第1トレンチ部35aの深さは、トレンチゲート構造23の第1深さD1未満であることが好ましい。むろん、第1トレンチ部35aは、トレンチゲート構造23よりも深く形成されていてもよい。第1トレンチ部35aの深さは、0.1μm以上2μm以下であってもよい。
第2トレンチ部35bは、ドリフト領域7を露出させている。第2トレンチ部35bは、第1トレンチ部35aに連通し、第1トレンチ部35aからドリフト領域7(高濃度領域9)の底部に向けて延びている。第2トレンチ部35bは、この形態では、トレンチゲート構造23の底壁を横切っている。第2トレンチ部35bは、ほぼ一定の開口幅を有する垂直形状に形成されていてもよい。第2トレンチ部35bは、底壁に向かって狭まる開口幅を有する先細り形状に形成されていてもよい。
第1トレンチ部35aを基準としたときの第2トレンチ部35bの深さは、トレンチゲート構造23の第1深さD1を超えていることが好ましい。第2トレンチ部35bは、第2方向Yに関して第1トレンチ幅WT1未満の第2トレンチ幅WT2(WT2<WT1)を有している。第2トレンチ幅WT2は、0.5μm以上3μm未満であってもよい。
ソース絶縁膜36は、ソーストレンチ35の内壁に膜状に形成され、ソーストレンチ35内においてリセス空間を区画している。ソース絶縁膜36は、具体的には、第1トレンチ部35aを露出させる窓部36aを有し、第2トレンチ部35b内においてリセス空間を区画している。
ソース絶縁膜36は、この形態では、第1部分38および第2部分39を含み、第3部分40を含まない。第1部分38は、ソーストレンチ35(第2トレンチ部35b)の側壁を被覆し、ソーストレンチ35の開口部側(第1トレンチ部35a側)で窓部36aを区画している。第2部分39は、ソーストレンチ35(第2トレンチ部35b)の底壁を被覆している。
第1部分38の厚さは、10nm以上250nm以下であってもよい。第2部分39は、第1部分38の厚さを超える厚さを有していてもよい。第2部分39の厚さは、50nm以上500nm以下であってもよい。むろん、一様な厚さを有するソース絶縁膜36が形成されていてもよい。
ソース電極37は、ソース絶縁膜36を挟んでソーストレンチ35に埋設されている。ソース電極37は、具体的には、ソース絶縁膜36を挟んで第1トレンチ部35aおよび第2トレンチ部35bに埋設され、窓部36aから露出した第1トレンチ部35aに接するコンタクト部37aを有している。
コンタクト部37aは、窓部36aにおいてボディ領域21およびソース領域22に電気的に接続されている。つまり、コンタクト部37aは、ソーストレンチ35内においてボディ領域21およびソース領域22をソース接地している。ソース電極37は、ソーストレンチ35から露出した電極面を有している。ソース電極37の電極面は、ソーストレンチ35の底壁に向かって窪んだ湾曲状に形成されている。
各ボディ接続領域51は、各セグメント部34(第1セグメント部34A)において第1トレンチ部35aから露出するソース電極37のコンタクト部37aに電気的に接続されている。これにより、各ボディ接続領域51は、SiCチップ2内においてソース接地されている。各ボディ接続領域51は、第2トレンチ部35bの一部を被覆し、ソース絶縁膜36の一部を挟んでソース電極37に対向していてもよい。
各ソース接続領域52は、各セグメント部34(第2セグメント部34B)において第1トレンチ部35aから露出するソース電極37のコンタクト部37aに電気的に接続されている。これにより、各ソース接続領域52は、SiCチップ2内においてソース接地されている。各ソース接続領域52は、第2トレンチ部35bの一部を被覆し、ソース絶縁膜36の一部を挟んでソース電極37に対向していてもよい。
各トレンチ接続領域53は、各トレンチソース構造33の第1トレンチ部35aおよび第2トレンチ部35bを被覆している。各トレンチ接続領域53は、第1トレンチ部35aから露出するソース電極37のコンタクト部37aに電気的に接続されている。これにより、各トレンチ接続領域53は、SiCチップ2内においてソース接地されている。各トレンチ接続領域53は、第2トレンチ部35b側においてソース絶縁膜36の一部を挟んでソース電極37に対向している。
各ウェル領域54は、この形態では、ボディ領域21、ソース領域22、ボディ接続領域51、ソース接続領域52およびトレンチ接続領域53を介してソース電極37(コンタクト部37a)に電気的に接続されている。
他の構造については前述のSiC半導体装置1と同様であるので、それらの説明は省略される。以上、SiC半導体装置141によってもSiC半導体装置1に対して述べられた効果と同様の効果が奏される。また、SiC半導体装置141では、ソース電極37がソーストレンチ35の開口側の領域においてソーストレンチ35の側壁から露出したコンタクト部37aを有している。
また、SiC半導体装置141は、ソース電極37のコンタクト部37aに電気的に接続されたボディ接続領域51を含む。これにより、SiCチップ2内においてボディ接続領域51をソース接地させることができる。また、SiC半導体装置141は、ソース電極37のコンタクト部37aに電気的に接続されたソース接続領域52を含む。これにより、SiCチップ2内においてソース接続領域52をソース接地させることができる。
このように、SiC半導体装置141によれば、ソース接地すべき半導体領域を、ソース電極37のコンタクト部37aによってSiCチップ2内においてソース接地させることができる。この形態では、ボディ領域21、ソース領域22、ボディ接続領域51、ソース接続領域52、トレンチ接続領域53およびウェル領域54がSiCチップ2内においてソース電極37に電気的に接続されている。このような構造は、アクティブ領域11内の構造物のアライメントマージンを緩和する上で有効である。SiC半導体装置141に係るトレンチソース構造33は、第2~第5実施形態にも適用できる。
図17は、図6に対応し、本発明の第7実施形態に係るSiC半導体装置151の構造を説明するための断面図である。以下、SiC半導体装置1に対して述べられた構造に対応する構造に同一の参照符号が付され、それらの説明は省略される。
図17を参照して、SiC半導体装置151では、ソース絶縁膜36が、第1部分38および第2部分39を含み、第3部分40を含まない。ソース絶縁膜36の第1部分38は、ソーストレンチ35の開口端から第1主面3の表層部を露出させるように、ソーストレンチ35の開口端から底壁側に間隔を空けてソーストレンチ35の側壁を被覆している。ソース電極37の側壁の一部は、ソーストレンチ35の開口端においてソース絶縁膜36から露出している。
ソース領域22は、ソーストレンチ35の開口端においてソーストレンチ35の側壁から露出していてもよい。ボディ接続領域51は、ソーストレンチ35の開口端においてソーストレンチ35の側壁から露出していてもよい。ソース接続領域52は、ソーストレンチ35の開口端においてソーストレンチ35の側壁から露出していてもよい。トレンチ接続領域53は、ソーストレンチ35の開口端においてソーストレンチ35の側壁から露出していてもよい。
各第1ソース開口64は、この形態では、トレンチソース構造33の第2幅W2を超える開口幅Wop(W2<Wop)を有している。開口幅Wopは、第2方向Yに沿う第1ソース開口64の幅である。各第1ソース開口64は、少なくともソース領域22、ソース電極37およびトレンチ接続領域53を露出させていることが好ましい。各第1ソース開口64は、ボディ接続領域51、ソース接続領域52を露出させていてもよい。
各第2ソース開口65は、第1ソース開口64と同様に、トレンチソース構造33の第2幅W2を超える開口幅Wopを有していてもよい。各第3ソース開口66は、第1ソース開口64と同様に、トレンチソース構造33の第2幅W2を超える開口幅Wopを有していてもよい。
ソース主面電極73は、層間絶縁膜60の上から複数の第1ソース開口64、複数の第2ソース開口65および複数の第3ソース開口66に入り込み、複数のソース領域22、複数のソース電極37、複数のボディ接続領域51、複数のソース接続領域52および複数のトレンチ接続領域53に電気的に接続されている。ソース主面電極73(具体的には第1電極膜74)は、各ソーストレンチ35内においてソース電極37の側壁の一部を被覆している。
以上、SiC半導体装置151によってもSiC半導体装置1に対して述べられた効果と同様の効果が奏される。第1ソース開口64、第2ソース開口65および第3ソース開口66が、トレンチソース構造33の第2幅W2を超える開口幅Wopをそれぞれ有している形態は、第1実施形態の他、第2~第6実施形態にも適用できる。たとえば、第5実施形態に係るSiC半導体装置131では、ライン状のソース開口132がトレンチソース構造33の第2幅W2を超える開口幅Wopを有していてもよい。
図18は、図6に対応し、本発明の第8実施形態に係るSiC半導体装置161の構造を説明するための断面図である。以下、SiC半導体装置1に対して述べられた構造に対応する構造に同一の参照符号が付され、それらの説明は省略される。
図18を参照して、SiC半導体装置161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27を含む。ゲート電極27は、具体的には、p型ポリシリコンからなる。ゲート電極27のp型ポリシリコンのp型不純物濃度は、1.0×1018cm-3以上1.0×1022cm-3以下であってもよい。ゲート電極27のシート抵抗は、10Ω/□以上500Ω/□以下であってもよい。
SiC半導体装置161は、ゲート電極27と同一の導電材料を含むソース電極37を含む。つまり、ソース電極37は、p型不純物が添加されたp型ポリシリコンを含む。ソース電極37は、具体的には、p型ポリシリコンからなる。ソース電極37のp型ポリシリコンのp型不純物濃度は、1.0×1018cm-3以上1.0×1022cm-3以下であってもよい。ソース電極37のシート抵抗は、10Ω/□以上500Ω/□以下であってもよい。
SiC半導体装置161は、ゲート電極27を被覆する第1低抵抗層162を含む。第1低抵抗層162は、ゲートトレンチ25内においてゲート電極27を被覆している。つまり、第1低抵抗層162は、トレンチゲート構造23の一部を形成している。第1低抵抗層162は、ゲートトレンチ25内においてゲート絶縁膜26に接している。第1低抵抗層162は、ゲート絶縁膜26の角部(つまり第3部分30)に接していることが好ましい。
第1低抵抗層162は、ゲート電極27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。第1低抵抗層162のシート抵抗は、0.01Ω/□以上10Ω/□以下であってもよい。第1低抵抗層162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。第1低抵抗層162は、この形態では、ゲート電極27の表層部が金属とシリサイド化したポリサイド層(具体的にはp型ポリサイド層)からなる。つまり、第1低抵抗層162は、ゲート電極27の表層部において当該ゲート電極27と一体的に形成され、ゲート電極27の電極面を形成している。
第1低抵抗層162は、TiSi、TiSi、NiSi、CoSi、CoSi、MoSiおよびWSiのうちの少なくとも1つを含んでいてもよい。第1低抵抗層162は、NiSi、CoSiおよびTiSiのうちの少なくとも1つを含むことが好ましい。第1低抵抗層162は、CoSiからなることが特に好ましい。
SiC半導体装置161は、ソース電極37を被覆する第2低抵抗層163を含む。第2低抵抗層163は、ソーストレンチ35内においてソース電極37を被覆している。つまり、第2低抵抗層163は、トレンチソース構造33の一部を形成している。第2低抵抗層163は、ソーストレンチ35内においてソース絶縁膜36に接している。第2低抵抗層163は、ソース絶縁膜36の角部(つまり第3部分40)に接していることが好ましい。
第2低抵抗層163は、ソース電極37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。第2低抵抗層163のシート抵抗は、0.01Ω/□以上10Ω/□以下であってもよい。第2低抵抗層163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。第2低抵抗層163は、この形態では、ソース電極37の表層部が金属とシリサイド化したポリサイド層(具体的にはp型ポリサイド層)からなる。つまり、第2低抵抗層163は、ソース電極37の表層部において当該ソース電極37と一体的に形成され、ソース電極37の電極面を形成している。
第2低抵抗層163は、TiSi、TiSi、NiSi、CoSi、CoSi、MoSiおよびWSiのうちの少なくとも1つを含んでいてもよい。第2低抵抗層163は、NiSi、CoSiおよびTiSiのうちの少なくとも1つを含むことが好ましい。第2低抵抗層163は、CoSiからなることが特に好ましい。第2低抵抗層163は、第1低抵抗層162と同一材料からなることが好ましい。
以上、SiC半導体装置161によってもSiC半導体装置1に対して述べられた効果と同様の効果が奏される。また、SiC半導体装置161は、p型ポリシリコンを含むゲート電極27、および、ゲート電極27を被覆する第1低抵抗層162を含む。
p型ポリシリコンを含むゲート電極27によれば、n型ポリシリコンの場合と比較して、ゲートトレンチ25内のシート抵抗が増加する一方、ゲート閾値電圧Vthを1V程度増加させることができる。第1低抵抗層162によれば、ゲート閾値電圧Vthの低下を抑制しながら、ゲートトレンチ25内の寄生抵抗を低下させることができる。よって、SiC半導体装置161によれば、ゲート閾値電圧Vthを増加させながら、ゲートトレンチ25内の寄生抵抗を削減できる。
SiC半導体装置161に係る第1低抵抗層162および第2低抵抗層163は、第1実施形態の他、第2~第7実施形態にも適用できる。第1低抵抗層162および第2低抵抗層163が第6実施形態に係るSiC半導体装置141に適用された場合、第2低抵抗層163は、ソース電極37と共に第1トレンチ部35aに接するコンタクト部37aを形成する。つまり、第2低抵抗層163は、ソーストレンチ35内においてボディ領域21およびソース領域22をソース接地する。
本発明の実施形態は、さらに他の形態で実施できる。たとえば、前述の各実施形態では、第1方向XがSiC単結晶のm軸方向であり、第2方向YがSiC単結晶のa軸方向である例が説明されたが、第1方向XがSiC単結晶のa軸方向であり、第2方向YがSiC単結晶のm軸方向であってもよい。つまり、第1側面5Aおよび第2側面5B(SiCチップ2の2つの短辺)はSiC単結晶のm面によって形成され、第3側面5Cおよび第4側面5D(SiCチップ2の2つの長辺)はSiC単結晶のa面によって形成されてもよい。この場合、オフ方向はSiC単結晶のa軸方向であってもよい。この場合の具体的な構成は、前述の説明および添付図面において、第1方向Xに係るm軸方向をa軸方向に置き換え、第2方向Yに係るa軸方向をm軸方向に置き換えることによって得られる。
前述の各実施形態において、ゲート主面電極71の上に端子電極としてのゲートパッド電極が形成され、ソース主面電極73の上に端子電極としてのソースパッド電極が形成されてもよい。この場合、ゲートパッド電極は、ゲート主面電極71を被覆するNiめっき膜を含むことが好ましい。ゲートパッド電極は、Niめっき膜側からこの順に積層されたPdめっき膜およびAuめっき膜を含んでいてもよい。また、ソースパッド電極は、ソース主面電極73を被覆するNiめっき膜を含むことが好ましい。ソースパッド電極は、Niめっき膜側からこの順に積層されたPdめっき膜およびAuめっき膜を含んでいてもよい。
前述の各実施形態において、SiCチップ2に代えてSi単結晶からなるSiチップが採用されてもよい。つまり、前述の各実施形態に係るSiC半導体装置1、101、111、121、131、141、151、161に代えて、Si半導体装置が採用されてもよい。
前述の各実施形態では、第1導電型がn型であり、第2導電型がp型である例が説明されたが、第1導電型がp型であり、第2導電型がn型であってもよい。この場合の具体的な構成は、前述の説明および添付図面において、n型領域をp型領域に置き換え、p型領域をn型領域に置き換えることによって得られる。
前述の各実施形態において、n型のドレイン領域6に代えてp型のコレクタ領域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。この場合の具体的な構成は、前述の説明において、MISFETの「ソース」をIGBTの「エミッタ」に置き換え、MISFETの「ドレイン」をIGBTの「コレクタ」に置き換えることによって得られる。
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。以下の[A1]~[A20]および[B1]~[B20]は、微細化に寄与できる半導体装置を提供する。
[A1]主面(3)を有する半導体チップ(2)と、前記主面(3)の表層部に形成された第1導電型(n型)のドリフト領域(7)と、前記ドリフト領域(7)の表層部に形成された第2導電型(p型)のボディ領域(21)と、前記ボディ領域(21)の表層部に形成された第1導電型(n型)のソース領域(22)と、前記ソース領域(22)および前記ボディ領域(21)を横切り、前記ドリフト領域(7)に至るように前記主面(3)に形成され、第1方向(X)に間隔を空けて配列された複数のトレンチソース構造(33)と、前記ボディ領域(21)に電気的に接続されるように前記ボディ領域(21)の表層部において近接する2つの前記トレンチソース構造(33)の間の領域に形成された第2導電型(p型)のボディ接続領域(51)と、前記ソース領域(22)に電気的に接続されるように前記ボディ領域(21)の表層部において前記ボディ接続領域(51)とは異なる領域で近接する2つの前記トレンチソース構造(33)の間の領域に形成された第1導電型(n型)のソース接続領域(52)と、を含む、半導体装置。
[A2]前記ソース接続領域(52)は、前記トレンチソース構造(33)を挟んで前記第1方向(X)に前記ボディ接続領域(51)に対向している、A1に記載の半導体装置。
[A3]複数の前記トレンチソース構造(33)は、前記第1方向(X)に延びる帯状にそれぞれ形成されている、A1またはA2に記載の半導体装置。
[A4]前記ボディ接続領域(51)は、前記ボディ領域(21)の不純物濃度を超える不純物濃度を有している、A1~A3のいずれか一つに記載の半導体装置。
[A5]前記ソース領域(22)は、前記ドリフト領域(7)の不純物濃度を超える不純物濃度を有し、前記ソース接続領域(52)は、前記ドリフト領域(7)の不純物濃度を超える不純物濃度を有している、A1~A4のいずれか一つに記載の半導体装置。
[A6]前記ソース接続領域(52)は、前記ソース領域(22)の一部を利用して形成されている、A1~A5のいずれか一つに記載の半導体装置。
[A7]複数の前記ボディ接続領域(51)が形成され、複数の前記ソース接続領域(52)が形成されている、A1~A6のいずれか一つに記載の半導体装置。
[A8]複数の前記ソース接続領域(52)は、前記第1方向(X)に沿って複数の前記ボディ接続領域(51)と交互に形成されている、A7に記載の半導体装置。
[A9]前記ソース領域(22)および前記ボディ領域(21)を横切り、前記ドリフト領域(7)に至るように前記主面(3)に形成され、前記第1方向(X)にそれぞれ延び、前記第1方向(X)に交差する第2方向(Y)に間隔を空けて前記主面(3)に配列された複数のトレンチゲート構造(23)をさらに含み、複数の前記トレンチソース構造(33)は、近接する2つの前記トレンチゲート構造(23)の間で前記第1方向(X)に間隔を空けて配列されている、A1~A8のいずれか一つに記載の半導体装置。
[A10]前記ボディ接続領域(51)は、複数の前記トレンチゲート構造(23)から間隔を空けて形成されている、A9に記載の半導体装置。
[A11]各前記トレンチソース構造(33)は、各前記トレンチゲート構造(23)よりも深く形成されている、A9またはA10に記載の半導体装置。
[A12]複数の前記トレンチゲート構造(23)は、前記第1方向(X)にそれぞれ延びる複数のメサ部(24)を前記主面(3)に区画し、複数の前記トレンチソース構造(33)は、前記メサ部(24)において前記メサ部(24)の一部からなる複数のセグメント部(34)を区画し、前記ボディ接続領域(51)は、前記セグメント部(34)に形成され、前記ソース接続領域(52)は、前記ボディ接続領域(51)が形成された前記セグメント部(34)とは異なる前記セグメント部(34)に形成されている、A9~A11のいずれか一つに記載の半導体装置。
[A13]複数の前記セグメント部(34)は、前記第1方向(X)に沿って交互に配列された複数の第1セグメント部(34A)および複数の第2セグメント部(34B)を含み、複数の前記ボディ接続領域(51)が、複数の前記第1セグメント部(34A)に形成され、複数の前記ソース接続領域(52)が、複数の前記第2セグメント部(34B)に形成されている、A12に記載の半導体装置。
[A14]複数の前記トレンチゲート構造(23)は、前記第2方向(Y)に第1間隔(P1)を空けて配列され、複数の前記トレンチソース構造(33)は、前記第1方向(X)に前記第1間隔(P1)未満の第2間隔(P2)を空けて配列されている、A9~A13のいずれか一つに記載の半導体装置。
[A15]前記ドリフト領域(7)の表層部において前記ボディ接続領域(51)から少なくとも1つの前記トレンチソース構造(33)の壁面に沿う領域に引き出された第2導電型(p型)のトレンチ接続領域(53)をさらに含む、A1~A14のいずれか一つに記載の半導体装置。
[A16]前記トレンチ接続領域(53)は、前記トレンチソース構造(33)の側壁および底壁を被覆している、A15に記載の半導体装置。
[A17]前記トレンチ接続領域(53)は、前記トレンチソース構造(33)の壁面の一部を露出させるように前記トレンチソース構造(33)の壁面を部分的に被覆している、A15またはA16に記載の半導体装置。
[A18]前記ドリフト領域(7)の表層部において前記トレンチ接続領域(53)を被覆するように少なくとも1つの前記トレンチソース構造(33)の壁面に沿う領域に形成され、前記ボディ接続領域(51)よりも不純物濃度の低い第2導電型(p型)のウェル領域(54)をさらに含む、A15~A17のいずれか一つに記載の半導体装置。
[A19]前記ウェル領域(54)は、前記トレンチ接続領域(53)を挟んで前記トレンチソース構造(33)を被覆する部分、および、前記トレンチソース構造(33)を直接被覆する部分を有している、A18に記載の半導体装置。
[A20]前記主面(3)の上に形成され、前記トレンチソース構造(33)、前記ボディ接続領域(51)および前記ソース接続領域(52)を結ぶライン上で、前記トレンチソース構造(33)、前記ボディ接続領域(51)および前記ソース接続領域(52)に電気的に接続されたソース主面電極(73)をさらに含む、A1~A19のいずれか一つに記載の半導体装置。
[B1]主面(3)を有するSiCチップ(2)と、前記主面(3)の表層部に形成された第1導電型(n型)のドリフト領域(7)と、前記ドリフト領域(7)の表層部に形成された第2導電型(p型)のボディ領域(21)と、前記ボディ領域(21)の表層部に形成された第1導電型(n型)のソース領域(22)と、前記主面(3)に沿う第1方向(X)にそれぞれ延び、前記第1方向(X)に交差する第2方向(Y)に間隔を空けて配列され、前記ソース領域(22)および前記ボディ領域(21)を貫通するように前記主面(3)に形成された複数のトレンチゲート構造(23)と、近接する2つの前記トレンチゲート構造(23)の間で前記ソース領域(22)および前記ボディ領域(21)を貫通するように前記主面(3)に形成され、前記第1方向(X)の一方側の一端部、および、前記第1方向(X)の他方側の他端部を有するトレンチソース構造(33)と、前記ボディ領域(21)に電気的に接続されるように前記ボディ領域(21)の表層部において前記トレンチソース構造(33)の一端部側の領域に形成された第2導電型(p型)のボディ接続領域(51)と、前記ソース領域(22)に電気的に接続されるように前記ボディ領域(21)の表層部において前記トレンチソース構造(33)の他端部側の領域に形成された第1導電型(n型)のソース接続領域(52)と、を含む、SiC半導体装置。
[B2]前記ソース接続領域(52)は、前記トレンチソース構造(33)を挟んで前記第1方向(X)に前記ボディ接続領域(51)に対向している、B1に記載のSiC半導体装置。
[B3]前記ボディ接続領域(51)は、複数の前記トレンチゲート構造(23)から間隔を空けて形成されている、B1またはB2に記載のSiC半導体装置。
[B4]前記ボディ接続領域(51)は、前記ボディ領域(21)の不純物濃度を超える不純物濃度を有している、B1~B3のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[B5]前記ソース領域(22)は、前記ドリフト領域(7)の不純物濃度を超える不純物濃度を有し、前記ソース接続領域(52)は、前記ドリフト領域(7)の不純物濃度を超える不純物濃度を有している、B1~B4のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[B6]前記ソース接続領域(52)は、前記ソース領域(22)の一部を利用して形成されている、B1~B5のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[B7]前記トレンチソース構造(33)は、前記第1方向(X)に延びる帯状に形成されている、B1~B6のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[B8]前記トレンチソース構造(33)は、前記トレンチゲート構造(23)よりも深く形成されている、B1~B7のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[B9]複数の前記トレンチソース構造(33)が、複数の前記トレンチゲート構造(23)の間において前記第1方向(X)に間隔を空けて配列され、前記ボディ接続領域(51)は、前記ボディ領域(21)の表層部において近接する2つの前記トレンチソース構造(33)によって区画された領域に形成され、前記ソース接続領域(52)は、前記ボディ領域(21)の表層部において前記ボディ接続領域(51)とは異なる領域で近接する2つの前記トレンチソース構造(33)によって区画された領域に形成されている、B1~B8のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[B10]複数の前記トレンチゲート構造(23)は、前記第2方向(Y)に第1間隔(P1)を空けて配列され、複数の前記トレンチソース構造(33)は、前記第1方向(X)に前記第1間隔(P1)以下の第2間隔(P2)を空けて配列されている、B9に記載のSiC半導体装置。
[B11]前記第2間隔(P2)は、各前記トレンチソース構造(33)の前記第1方向(X)の長さ(L)未満である、B10に記載のSiC半導体装置。
[B12]前記主面(3)の表層部において前記ボディ接続領域(51)に電気的に接続されるように前記ドリフト領域(7)において前記トレンチソース構造(33)の壁面に沿う領域に形成された第2導電型(p型)のトレンチ接続領域(53)をさらに含む、B1~B11のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[B13]前記トレンチ接続領域(53)は、前記ボディ領域(21)の不純物濃度を超える不純物濃度を有している、B12に記載のSiC半導体装置。
[B14]前記トレンチ接続領域(53)は、前記トレンチソース構造(33)の側壁および底壁を被覆している、B12またはB13に記載のSiC半導体装置。
[B15]前記トレンチ接続領域(53)は、前記トレンチソース構造(33)の壁面の一部を露出させるように前記トレンチソース構造(33)の壁面を部分的に被覆している、B12~B14のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[B16]前記ドリフト領域(7)において前記トレンチ接続領域(53)を被覆するように前記トレンチソース構造(33)の壁面に沿う領域に形成され、前記トレンチ接続領域(53)の不純物濃度未満の不純物濃度を有する第2導電型(p型)のウェル領域(54)をさらに含む、B12~B15のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[B17]前記ウェル領域(54)は、前記トレンチ接続領域(53)を挟んで前記トレンチソース構造(33)を被覆する部分、および、前記トレンチソース構造(33)を直接被覆する部分を有している、B16に記載のSiC半導体装置。
[B18]前記主面(3)の上に形成され、前記トレンチソース構造(33)、前記ボディ接続領域(51)および前記ソース接続領域(52)を結ぶライン上で、前記トレンチソース構造(33)、前記ボディ接続領域(51)および前記ソース接続領域(52)に電気的に接続されたソース主面電極(73)をさらに含む、B1~B17のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[B19]前記トレンチソース構造(33)、前記ボディ接続領域(51)および前記ソース接続領域(52)を露出させる1つまたは複数の開口(64、65、66、132)を有し、前記主面(3)を被覆する層間絶縁膜(60)をさらに含み、前記ソース主面電極(73)は、前記層間絶縁膜(60)の上に形成され、1つまたは複数の前記開口(64、65、66、132)内において前記トレンチソース構造(33)、前記ボディ接続領域(51)および前記ソース接続領域(52)に電気的に接続されている、B18に記載のSiC半導体装置。
本発明の実施形態について詳細に説明してきたが、これらは本発明の技術的内容を明らかにするために用いられた具体例に過ぎず、本発明はこれらの具体例に限定して解釈されるべきではなく、本発明の範囲は添付の請求の範囲によって限定される。
1 SiC半導体装置(半導体装置)
2 SiCチップ(半導体チップ)
3 第1主面
7 ドリフト領域
21 ボディ領域
22 ソース領域
23 トレンチゲート構造
24 メサ部
33 トレンチソース構造
34 セグメント部
34A 第1セグメント部
34B 第2セグメント部
51 ボディ接続領域
52 ソース接続領域
53 トレンチ接続領域
54 ウェル領域
73 ソース主面電極
101 SiC半導体装置(半導体装置)
111 SiC半導体装置(半導体装置)
121 SiC半導体装置(半導体装置)
131 SiC半導体装置(半導体装置)
141 SiC半導体装置(半導体装置)
151 SiC半導体装置(半導体装置)
161 SiC半導体装置(半導体装置)
P1 第1間隔
P2 第2間隔
X 第1方向
Y 第2方向

Claims (20)

  1. 主面を有する半導体チップと、
    前記主面の表層部に形成された第1導電型のドリフト領域と、
    前記ドリフト領域の表層部に形成された第2導電型のボディ領域と、
    前記ボディ領域の表層部に形成された第1導電型のソース領域と、
    前記ソース領域および前記ボディ領域を横切り、前記ドリフト領域に至るように前記主面に形成され、第1方向に間隔を空けて配列された複数のトレンチソース構造と、
    前記ボディ領域に電気的に接続されるように前記ボディ領域の表層部において近接する2つの前記トレンチソース構造の間の領域に形成された第2導電型のボディ接続領域と、
    前記ソース領域に電気的に接続されるように前記ボディ領域の表層部において前記ボディ接続領域とは異なる領域で近接する2つの前記トレンチソース構造の間の領域に形成された第1導電型のソース接続領域と、を含む、半導体装置。
  2. 前記ソース接続領域は、前記トレンチソース構造を挟んで前記第1方向に前記ボディ接続領域に対向している、請求項1に記載の半導体装置。
  3. 複数の前記トレンチソース構造は、前記第1方向に延びる帯状にそれぞれ形成されている、請求項1または2に記載の半導体装置。
  4. 前記ボディ接続領域は、前記ボディ領域の不純物濃度を超える不純物濃度を有している、請求項1~3のいずれか一項に記載の半導体装置。
  5. 前記ソース領域は、前記ドリフト領域の不純物濃度を超える不純物濃度を有し、
    前記ソース接続領域は、前記ドリフト領域の不純物濃度を超える不純物濃度を有している、請求項1~4のいずれか一項に記載の半導体装置。
  6. 前記ソース接続領域は、前記ソース領域の一部を利用して形成されている、請求項1~5のいずれか一項に記載の半導体装置。
  7. 複数の前記ボディ接続領域が形成され、
    複数の前記ソース接続領域が形成されている、請求項1~6のいずれか一項に記載の半導体装置。
  8. 複数の前記ソース接続領域は、前記第1方向に沿って複数の前記ボディ接続領域と交互に形成されている、請求項7に記載の半導体装置。
  9. 前記ソース領域および前記ボディ領域を横切り、前記ドリフト領域に至るように前記主面に形成され、前記第1方向にそれぞれ延び、前記第1方向に交差する第2方向に間隔を空けて前記主面に配列された複数のトレンチゲート構造をさらに含み、
    複数の前記トレンチソース構造は、近接する2つの前記トレンチゲート構造の間で前記第1方向に間隔を空けて配列されている、請求項1~8のいずれか一項に記載の半導体装置。
  10. 前記ボディ接続領域は、複数の前記トレンチゲート構造から間隔を空けて形成されている、請求項9に記載の半導体装置。
  11. 各前記トレンチソース構造は、各前記トレンチゲート構造よりも深く形成されている、請求項9または10に記載の半導体装置。
  12. 複数の前記トレンチゲート構造は、前記第1方向にそれぞれ延びる複数のメサ部を前記主面に区画し、
    複数の前記トレンチソース構造は、前記メサ部において前記メサ部の一部からなる複数のセグメント部を区画し、
    前記ボディ接続領域は、前記セグメント部に形成され、
    前記ソース接続領域は、前記ボディ接続領域が形成された前記セグメント部とは異なる前記セグメント部に形成されている、請求項9~11のいずれか一項に記載の半導体装置。
  13. 複数の前記セグメント部は、前記第1方向に沿って交互に配列された複数の第1セグメント部および複数の第2セグメント部を含み、
    複数の前記ボディ接続領域が、複数の前記第1セグメント部に形成され、
    複数の前記ソース接続領域が、複数の前記第2セグメント部に形成されている、請求項12に記載の半導体装置。
  14. 複数の前記トレンチゲート構造は、前記第2方向に第1間隔を空けて配列され、
    複数の前記トレンチソース構造は、前記第1方向に前記第1間隔未満の第2間隔を空けて配列されている、請求項9~13のいずれか一項に記載の半導体装置。
  15. 前記ドリフト領域の表層部において前記ボディ接続領域から少なくとも1つの前記トレンチソース構造の壁面に沿う領域に引き出された第2導電型のトレンチ接続領域をさらに含む、請求項1~14のいずれか一項に記載の半導体装置。
  16. 前記トレンチ接続領域は、前記トレンチソース構造の側壁および底壁を被覆している、請求項15に記載の半導体装置。
  17. 前記トレンチ接続領域は、前記トレンチソース構造の壁面の一部を露出させるように前記トレンチソース構造の壁面を部分的に被覆している、請求項15または16に記載の半導体装置。
  18. 前記ドリフト領域の表層部において前記トレンチ接続領域を被覆するように少なくとも1つの前記トレンチソース構造の壁面に沿う領域に形成され、前記ボディ接続領域よりも不純物濃度の低い第2導電型のウェル領域をさらに含む、請求項15~17のいずれか一項に記載の半導体装置。
  19. 前記ウェル領域は、前記トレンチ接続領域を挟んで前記トレンチソース構造を被覆する部分、および、前記トレンチソース構造を直接被覆する部分を有している、請求項18に記載の半導体装置。
  20. 前記主面の上に形成され、前記トレンチソース構造、前記ボディ接続領域および前記ソース接続領域を結ぶライン上で、前記トレンチソース構造、前記ボディ接続領域および前記ソース接続領域に電気的に接続されたソース主面電極をさらに含む、請求項1~19のいずれか一項に記載の半導体装置。
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