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JP2019054300A - Semiconductor device - Google Patents

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Abstract

【課題】ゲート絶縁膜の耐圧が高い半導体装置を提供する。【解決手段】実施形態の半導体装置は、SiC基板と、SiC基板上に設けられ、表面からSiC基板に向かって伸長するトレンチを有するSiC層と、SiC層内に設けられた第1導電型の第1のSiC領域と、第1のSiC領域とSiC基板の間に設けられた第2導電型の第2のSiC領域と、第2のSiC領域とSiC基板の間に設けられた第1導電型の第3のSiC領域と、トレンチの側面上及び底面上に設けられるゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、を備え、第2のSiC領域と第3のSiC領域との境界がトレンチの側面に接し、境界がSiC層の表面からの距離がトレンチから離れるにしたがって大きくなり、ゲート電極の底面の側の端部を含み表面に平行な仮想平面と、第2のSiC領域との間の距離は、第3のSiC領域と第1のSiC領域との間の距離の2分の1よりも大きい。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device having a high withstand voltage of a gate insulating film. A semiconductor device of an embodiment is a SiC substrate, a SiC layer provided on the SiC substrate and having a trench extending from a surface toward the SiC substrate, and a first conductive type provided in the SiC layer. A first SiC region, a second conductive type second SiC region provided between the first SiC region and the SiC substrate, and a first conductive region provided between the second SiC region and the SiC substrate. A third SiC region of the mold, a gate insulating film provided on the side surface and the bottom surface of the trench, and a gate electrode provided on the gate insulating film are provided, and a second SiC region and a third SiC region are provided. The boundary with and is in contact with the side surface of the trench, and the boundary becomes larger as the distance from the surface of the SiC layer increases as the distance from the trench increases. The distance between the SiC regions is greater than half the distance between the third SiC region and the first SiC region. [Selection diagram] Fig. 1

Description

本発明の実施形態は、半導体装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to a semiconductor device.

次世代の半導体デバイス用の材料としてSiC(炭化珪素)が期待されている。SiCはSi(シリコン)と比較して、バンドギャップが3倍、破壊電界強度が約10倍、熱伝導率が約3倍と優れた物性を有する。この特性を活用すれば低損失かつ高温動作可能な半導体デバイスを実現することができる。   SiC (silicon carbide) is expected as a material for next-generation semiconductor devices. Compared with Si (silicon), SiC has excellent physical properties such as a band gap of 3 times, a breakdown electric field strength of about 10 times, and a thermal conductivity of about 3 times. By utilizing this characteristic, it is possible to realize a semiconductor device capable of operating at high temperature with low loss.

しかし、例えば、SiCを用いてMIS(Metal Insulator Semiconductor)構造を形成する場合、SiCの耐圧が高いため、Si(シリコン)を用いたMIS構造と比較して、ゲート絶縁膜の耐圧が、半導体の耐圧に比べて低くなる恐れがある。特に、素子の集積度をあげるため、トレンチ内にMIS構造を形成する場合、トレンチ底部での電界集中により、ゲート絶縁膜の耐圧が低くなるという問題がある。   However, for example, when a MIS (Metal Insulator Semiconductor) structure is formed using SiC, since the breakdown voltage of SiC is high, the breakdown voltage of the gate insulating film is lower than that of the MIS structure using Si (silicon). There is a risk of lowering the withstand voltage. In particular, when the MIS structure is formed in the trench in order to increase the integration degree of the device, there is a problem that the breakdown voltage of the gate insulating film is lowered due to electric field concentration at the bottom of the trench.

特開2013−214658号公報JP 2013-214658 A

本発明が解決しようとする課題は、ゲート絶縁膜の耐圧が高い半導体装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a semiconductor device in which a gate insulating film has a high breakdown voltage.

実施形態の半導体装置は、SiC基板と、前記SiC基板上に設けられ、側面と底面とを有する第1のトレンチを表面の側に有するSiC層と、前記SiC層内に設けられた第1導電型の第1のSiC領域と、前記SiC層内に前記第1のSiC領域と前記SiC基板との間に設けられた第2導電型の第2のSiC領域と、前記SiC層内に前記第2のSiC領域と前記SiC基板との間に設けられた第1導電型の第3のSiC領域と、前記第1のトレンチの前記側面上及び前記底面上に設けられたゲート絶縁膜と、前記第1のSiC領域、前記第2のSiC領域、及び、前記第3のSiC領域との間に前記ゲート絶縁膜が設けられたゲート電極と、を備え、前記第2のSiC領域と前記第3のSiC領域との境界は、前記第1のトレンチの前記側面の側方に在り、前記境界は、第1の領域を備え、前記第1の領域は前記SiC層の前記表面からの距離が前記第1のトレンチから離れるにしたがって大きくなり、前記第1のトレンチの前記側面から前記第1の領域の前記第1のトレンチ側の端部までの距離が0μm以上0.3μm以下であり、前記ゲート電極の前記底面の側の端部を含み前記表面に平行な仮想平面と、前記第2のSiC領域との間の前記側面に沿った第1の距離は、前記第3のSiC領域と前記第1のSiC領域との間の前記側面に沿った第2の距離の2分の1よりも大きい。   The semiconductor device of the embodiment includes a SiC substrate, a SiC layer provided on the SiC substrate, having a first trench having a side surface and a bottom surface on the surface side, and a first conductive provided in the SiC layer. A first SiC region of a mold, a second SiC region of a second conductivity type provided between the first SiC region and the SiC substrate in the SiC layer, and the second SiC region in the SiC layer. A first conductivity type third SiC region provided between the two SiC regions and the SiC substrate, a gate insulating film provided on the side surface and the bottom surface of the first trench, A gate electrode in which the gate insulating film is provided between the first SiC region, the second SiC region, and the third SiC region, and the second SiC region and the third SiC region. The boundary with the SiC region of the first trench The boundary is provided on a side of the side surface, and the boundary includes a first region, and the first region increases as the distance from the surface of the SiC layer increases from the first trench. The distance from the side surface of the trench to the end of the first region on the first trench side is not less than 0 μm and not more than 0.3 μm, and includes the end on the bottom surface side of the gate electrode on the surface A first distance along the side surface between a parallel virtual plane and the second SiC region is a first distance along the side surface between the third SiC region and the first SiC region. Greater than half of the distance of 2.

第1の実施形態の半導体装置の一例を示す模式断面図。1 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a semiconductor device according to a first embodiment. 第1の実施形態の半導体装置の別の一例を示す模式断面図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing another example of the semiconductor device of the first embodiment. 第1の実施形態の半導体装置の製造方法において、製造途中の半導体装置を示す模式断面図。In the manufacturing method of the semiconductor device of a 1st embodiment, a schematic cross section showing a semiconductor device in the middle of manufacture. 第1の実施形態の半導体装置の製造方法において、製造途中の半導体装置を示す模式断面図。In the manufacturing method of the semiconductor device of a 1st embodiment, a schematic cross section showing a semiconductor device in the middle of manufacture. 第1の実施形態の半導体装置の製造方法において、製造途中の半導体装置を示す模式断面図。In the manufacturing method of the semiconductor device of a 1st embodiment, a schematic cross section showing a semiconductor device in the middle of manufacture. 第1の実施形態の半導体装置の製造方法において、製造途中の半導体装置を示す模式断面図。In the manufacturing method of the semiconductor device of a 1st embodiment, a schematic cross section showing a semiconductor device in the middle of manufacture. 第1の実施形態の半導体装置の製造方法において、製造途中の半導体装置を示す模式断面図。In the manufacturing method of the semiconductor device of a 1st embodiment, a schematic cross section showing a semiconductor device in the middle of manufacture. 比較形態の半導体装置の一例を示す模式断面図。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of a semiconductor device of a comparative form. 第1の実施形態の半導体装置の別の一例を示す模式断面図。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing another example of the semiconductor device of the first embodiment. 第1の実施形態の半導体装置の作用・効果の説明図。Explanatory drawing of the effect | action and effect of the semiconductor device of 1st Embodiment. 第1の実施形態の半導体装置の作用・効果の説明図。Explanatory drawing of the effect | action and effect of the semiconductor device of 1st Embodiment. 第1の実施形態の半導体装置の作用・効果の説明図。Explanatory drawing of the effect | action and effect of the semiconductor device of 1st Embodiment. 第2の実施形態の半導体装置を示す模式断面図。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor device according to a second embodiment. 比較形態の半導体装置を示す模式断面図。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view illustrating a semiconductor device of a comparative form. 第2の実施形態の半導体装置の作用・効果の説明図。Explanatory drawing of the effect | action and effect of the semiconductor device of 2nd Embodiment. 第3の実施形態の半導体装置を示す模式断面図。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor device according to a third embodiment. 第4の実施形態の半導体装置を示す模式断面図。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor device according to a fourth embodiment. 第5の実施形態の半導体装置を示す模式断面図。FIG. 10 is a schematic cross-sectional view showing a semiconductor device according to a fifth embodiment.

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、同一又は類似の部材等には同一の符号を付し、一度説明した部材等については適宜その説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same or similar members are denoted by the same reference numerals, and description of members once described is omitted as appropriate.

また、以下の説明において、n、n、n及び、p、p、pの表記は、各導電型における不純物濃度の相対的な高低を表す。すなわちnはnよりもn型の不純物濃度が相対的に高く、nはnよりもn型の不純物濃度が相対的に低いことを示す。また、pはpよりもp型の不純物濃度が相対的に高く、pはpよりもp型の不純物濃度が相対的に低いことを示す。なお、n型、n型を単にn型、p型、p型を単にp型と記載する場合もある。 In the following description, the notations n + , n, n and p + , p, p represent the relative level of impurity concentration in each conductivity type. That is, n + indicates that the n-type impurity concentration is relatively higher than n, and n indicates that the n-type impurity concentration is relatively lower than n. Further, p + indicates that the p-type impurity concentration is relatively higher than p, and p indicates that the p-type impurity concentration is relatively lower than p. In some cases, n + type and n type are simply referred to as n type, p + type and p type as simply p type.

(第1の実施形態)
本実施形態の半導体装置は、SiC基板と、SiC基板上に設けられ、表面からSiC基板に向かって伸長し、側面と底面とを有するトレンチを有するSiC層と、SiC層内に設けられた第1導電型の第1のSiC領域と、SiC層内に第1のSiC領域とSiC基板との間に設けられた第2導電型の第2のSiC領域と、SiC層内に第2のSiC領域とSiC基板との間に設けられた第1導電型の第3のSiC領域と、トレンチの側面上及び底面上に設けられ、第1のSiC領域、第2のSiC領域、及び、第3のSiC領域に接するゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、を備える。そして、第2のSiC領域と第3のSiC領域との境界がトレンチの側面に接し、境界がSiC層の表面からの距離がトレンチから離れるにしたがって大きくなり表面に対して第1の傾斜角を有し、トレンチの側面からの距離が0μm以上0.3μm以下の第1の領域を備える。
(First embodiment)
The semiconductor device of the present embodiment includes a SiC substrate, a SiC layer provided on the SiC substrate, extending from the surface toward the SiC substrate, having a trench having a side surface and a bottom surface, and a first layer provided in the SiC layer. A first SiC region of one conductivity type, a second SiC region of a second conductivity type provided between the first SiC region and the SiC substrate in the SiC layer, and a second SiC in the SiC layer A third SiC region of a first conductivity type provided between the region and the SiC substrate, a first SiC region, a second SiC region, and a third SiC region provided on a side surface and a bottom surface of the trench; A gate insulating film in contact with the SiC region, and a gate electrode provided on the gate insulating film. The boundary between the second SiC region and the third SiC region is in contact with the side surface of the trench, and the boundary increases as the distance from the surface of the SiC layer increases away from the trench. And a first region having a distance from a side surface of the trench of 0 μm or more and 0.3 μm or less.

図1は、本実施形態の半導体装置であるMISFETの構成の一例を示す模式断面図である。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of a MISFET that is a semiconductor device of the present embodiment.

MISFET100は、電子をキャリアとするn型のMISFETである。MISFET100は、縦型のデバイスである。MISFET100は、ゲート絶縁膜及びゲート電極がトレンチ内に設けられたトレンチゲート型のMISFETである。   The MISFET 100 is an n-type MISFET using electrons as carriers. The MISFET 100 is a vertical device. The MISFET 100 is a trench gate type MISFET in which a gate insulating film and a gate electrode are provided in a trench.

MISFET100は、SiC基板10、SiC層12、ドリフト領域(第3のSiC領域)14、界面15、第1の領域15a、第2の領域15b、第3の領域15c、第4の領域15d、pウェル領域(第2のSiC領域)16、ソース領域(第1のSiC領域)18、pウェルコンタクト領域(第4のSiC領域)20、ゲート絶縁膜(絶縁膜)28、ゲート電極30、層間絶縁膜32、ソース電極(電極)34、ドレイン電極36、トレンチ50を備える。   The MISFET 100 includes an SiC substrate 10, an SiC layer 12, a drift region (third SiC region) 14, an interface 15, a first region 15a, a second region 15b, a third region 15c, and a fourth region 15d, p. Well region (second SiC region) 16, source region (first SiC region) 18, p well contact region (fourth SiC region) 20, gate insulating film (insulating film) 28, gate electrode 30, interlayer insulation A film 32, a source electrode (electrode) 34, a drain electrode 36, and a trench 50 are provided.

本明細書ではSiC基板10等の面に対し、図1における上側の面を表面、下側の面を裏面と称する。   In this specification, with respect to the surface of the SiC substrate 10 or the like, the upper surface in FIG.

MISFET100は、n型のSiC基板10を備える。SiC基板10は、例えばN(窒素)をn型不純物として含む4H−SiCのSiC基板である。n型不純物の不純物濃度は、例えば、1×1018cm−3以上1×1020cm−3以下である。SiC基板10は、MISFET100のドレイン領域として機能する。 The MISFET 100 includes an n + type SiC substrate 10. The SiC substrate 10 is a 4H—SiC SiC substrate containing, for example, N (nitrogen) as an n-type impurity. The impurity concentration of the n-type impurity is, for example, 1 × 10 18 cm −3 or more and 1 × 10 20 cm −3 or less. The SiC substrate 10 functions as a drain region of the MISFET 100.

SiC基板10の表面は、例えば、(0001)面(シリコン面)に対し0度以上10度以下傾斜した面である。SiC基板10の裏面は、例えば、(000−1)面(カーボン面)に対し0度以上10度以下傾斜した面である。   The surface of the SiC substrate 10 is, for example, a surface that is inclined at 0 ° or more and 10 ° or less with respect to the (0001) plane (silicon surface). The back surface of the SiC substrate 10 is, for example, a surface that is inclined at 0 degree or more and 10 degrees or less with respect to the (000-1) plane (carbon plane).

SiC層12は、SiC基板10上に設けられる。SiC層12は、例えば、N(窒素)をn型不純物として含む。SiC層12のn型不純物の濃度は、例えば、1×1014cm−3以上1×1017cm−3以下である。SiC層12は、例えば、SiC基板10上にエピタキシャル成長により形成されたSiCのエピタキシャル成長層である。 SiC layer 12 is provided on SiC substrate 10. The SiC layer 12 includes, for example, N (nitrogen) as an n-type impurity. The concentration of the n-type impurity in the SiC layer 12 is, for example, 1 × 10 14 cm −3 or more and 1 × 10 17 cm −3 or less. The SiC layer 12 is, for example, a SiC epitaxial growth layer formed on the SiC substrate 10 by epitaxial growth.

SiC層12の表面も、シリコン面に対し0度以上10度以下傾斜した面である。SiC層12の膜厚は、例えば、5μm以上150μm以下である。   The surface of SiC layer 12 is also a plane inclined at 0 ° or more and 10 ° or less with respect to the silicon surface. The film thickness of the SiC layer 12 is not less than 5 μm and not more than 150 μm, for example.

SiC層12は、SiC層12の表面からSiC基板10に向かって伸長し、側面と底面とを有するトレンチ50を有する。   SiC layer 12 has a trench 50 extending from the surface of SiC layer 12 toward SiC substrate 10 and having a side surface and a bottom surface.

ドリフト領域(第3のSiC領域)14、pウェル領域(第2のSiC領域)16、ソース領域(第1のSiC領域)18、pウェルコンタクト領域(第4のSiC領域)20は、SiC層12内に設けられる。   The drift region (third SiC region) 14, the p well region (second SiC region) 16, the source region (first SiC region) 18, and the p well contact region (fourth SiC region) 20 are composed of SiC layers. 12 is provided.

型のドリフト領域14は、pウェル領域16とSiC基板10との間に設けられる。ドリフト領域14は、例えば、N(窒素)をn型不純物として含む。ドリフト領域14のn型不純物の濃度は、例えば、1×1014cm−3以上1×1017cm−3以下である。 N type drift region 14 is provided between p well region 16 and SiC substrate 10. The drift region 14 includes, for example, N (nitrogen) as an n-type impurity. The concentration of the n-type impurity in the drift region 14 is, for example, 1 × 10 14 cm −3 or more and 1 × 10 17 cm −3 or less.

p型のpウェル領域16は、ソース領域18とSiC基板10との間に設けられる。pウェル領域16は、MISFET100のチャネル領域として機能する。   The p-type p well region 16 is provided between the source region 18 and the SiC substrate 10. The p well region 16 functions as a channel region of the MISFET 100.

pウェル領域16は、例えば、Al(アルミニウム)をp型不純物として含む。pウェル領域16のp型不純物の濃度は、例えば、5×1015cm−3以上1×1018cm−3以下である。pウェル領域16の深さは、例えば、0.6μm以上1.2μm以下である。 The p well region 16 includes, for example, Al (aluminum) as a p-type impurity. The concentration of the p-type impurity in the p-well region 16 is, for example, 5 × 10 15 cm −3 or more and 1 × 10 18 cm −3 or less. The depth of the p well region 16 is, for example, not less than 0.6 μm and not more than 1.2 μm.

型のソース領域18は、pウェル領域16内に設けられる。ソース領域18の一部は、SiC層12の表面に接する。 The n + type source region 18 is provided in the p well region 16. A part of source region 18 is in contact with the surface of SiC layer 12.

ソース領域18は、例えば、N(窒素)をn型不純物として含む。ソース領域18のn型不純物の濃度は、例えば、1×1018cm−3以上1×1022cm−3cm−3以下である。ソース領域18の深さは、pウェル領域16の深さよりも浅い。ソース領域18の深さは、例えば0.3μm程度である。 The source region 18 includes, for example, N (nitrogen) as an n-type impurity. The concentration of the n-type impurity in the source region 18 is, for example, 1 × 10 18 cm −3 or more and 1 × 10 22 cm −3 cm −3 or less. The depth of the source region 18 is shallower than the depth of the p well region 16. The depth of the source region 18 is, for example, about 0.3 μm.

また、p型のpウェルコンタクト領域20は、pウェル領域16内に設けられる。pウェルコンタクト領域20は、ソース領域18の側方に設けられる。 The p + type p well contact region 20 is provided in the p well region 16. The p-well contact region 20 is provided on the side of the source region 18.

pウェルコンタクト領域20は、例えば、Al(アルミニウム)をp型不純物として含有する。pウェルコンタクト領域20のp型不純物の濃度は、pウェル領域16のp型不純物の濃度よりも高い。例えば、1×1018cm−3以上1×1022cm−3以下である。pウェルコンタクト領域20の深さは、pウェル領域16の深さよりも浅く、例えば0.3μm程度である。 The p-well contact region 20 contains, for example, Al (aluminum) as a p-type impurity. The p-type impurity concentration in the p-well contact region 20 is higher than the p-type impurity concentration in the p-well region 16. For example, it is 1 × 10 18 cm −3 or more and 1 × 10 22 cm −3 or less. The depth of the p well contact region 20 is shallower than the depth of the p well region 16 and is, for example, about 0.3 μm.

トレンチ50は、SiC層12に設けられる。トレンチ50の側面は、例えば、m面又はa面となっている。トレンチ50の深さは、pウェル領域16の最大深さよりも浅い。   The trench 50 is provided in the SiC layer 12. The side surface of the trench 50 is, for example, an m-plane or an a-plane. The depth of the trench 50 is shallower than the maximum depth of the p-well region 16.

pウェル領域16とドリフト領域14の境界15は、トレンチ50の側面に接する。
pウェル領域16とドリフト領域14の境界15は、第1の領域15a、第2の領域15b、第3の領域15c、第4の領域15dを備える。
The boundary 15 between the p-well region 16 and the drift region 14 is in contact with the side surface of the trench 50.
The boundary 15 between the p-well region 16 and the drift region 14 includes a first region 15a, a second region 15b, a third region 15c, and a fourth region 15d.

SiC層12の表面からの第1の領域15aの距離は、トレンチ50から離れるにしたがって大きくなる。第1の領域15aは、第1の傾斜角(図1中のθ)を有する。第1の傾斜角(図1中のθ)は0度よりも大きい。第1の領域15aとトレンチ50の側面との距離(図1中のd)は、0μm以上0.3μm以下である。   The distance of first region 15 a from the surface of SiC layer 12 increases as the distance from trench 50 increases. The first region 15a has a first inclination angle (θ in FIG. 1). The first tilt angle (θ in FIG. 1) is greater than 0 degrees. The distance (d in FIG. 1) between the first region 15a and the side surface of the trench 50 is not less than 0 μm and not more than 0.3 μm.

第2の領域15bは、SiC層12の表面に略平行である。第2の領域15bは、第1の領域15aとトレンチ50との間に設けられる。第2の領域15bはトレンチ50の側面に接する。   Second region 15 b is substantially parallel to the surface of SiC layer 12. The second region 15 b is provided between the first region 15 a and the trench 50. The second region 15 b is in contact with the side surface of the trench 50.

第3の領域15cは、SiC層12の表面に略平行である。第3の領域15cとトレンチ50との間に第1の領域15aが設けられる。   Third region 15 c is substantially parallel to the surface of SiC layer 12. A first region 15 a is provided between the third region 15 c and the trench 50.

第4の領域15dは、SiC層12の表面に略垂直である。第4の領域15dとトレンチ50との間に第1の領域15aが設けられる。第4の領域15dは、第3の領域15cと第1の領域15aとの間に設けられる。   Fourth region 15 d is substantially perpendicular to the surface of SiC layer 12. A first region 15 a is provided between the fourth region 15 d and the trench 50. The fourth region 15d is provided between the third region 15c and the first region 15a.

なお、pウェル領域16とドリフト領域14の境界15の形状は、例えば、走査型静電容量顕微鏡法(Scanning Capacitance Microscopy)により観察することが可能である。   Note that the shape of the boundary 15 between the p-well region 16 and the drift region 14 can be observed by, for example, scanning capacitance microscopy (Scanning Capacitance Microscopy).

ゲート絶縁膜28は、トレンチ50の側面上及び底面上に設けられる。ゲート絶縁膜28の少なくとも一部は、ソース領域18、pウェル領域16、及び、ドリフト領域14に接する。ゲート絶縁膜28は、SiC層12とゲート電極30との間に設けられる。   The gate insulating film 28 is provided on the side surface and the bottom surface of the trench 50. At least a part of the gate insulating film 28 is in contact with the source region 18, the p-well region 16, and the drift region 14. Gate insulating film 28 is provided between SiC layer 12 and gate electrode 30.

ゲート絶縁膜28には、例えば、酸化膜が適用される。ゲート絶縁膜28には、例えば、シリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜、又は、high−k絶縁膜が適用可能である。   For example, an oxide film is applied to the gate insulating film 28. As the gate insulating film 28, for example, a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, or a high-k insulating film can be applied.

ゲート電極30は、ゲート絶縁膜28上に設けられる。ゲート電極30には、例えば、ドーピングされたポリシリコン等が適用可能である。   The gate electrode 30 is provided on the gate insulating film 28. For example, doped polysilicon or the like can be applied to the gate electrode 30.

層間絶縁膜32は、ゲート電極30上に設けられる。層間絶縁膜32は、例えば、シリコン酸化膜で形成される。   The interlayer insulating film 32 is provided on the gate electrode 30. The interlayer insulating film 32 is formed of, for example, a silicon oxide film.

ソース電極34は、SiC層12上に設けられる。ソース電極34は、ソース領域18とpウェルコンタクト領域20とに電気的に接続される。ソース電極34は、pウェル領域16に電位を与えるpウェル電極としても機能する。   Source electrode 34 is provided on SiC layer 12. Source electrode 34 is electrically connected to source region 18 and p well contact region 20. The source electrode 34 also functions as a p-well electrode that applies a potential to the p-well region 16.

ソース電極34は、導電性の材料である。ソース電極34は、例えば、金属又は金属シリサイドである。ソース電極34は、例えば、ニッケルシリサイド層と、ニッケルシリサイド層上のアルミニウム(Al)層の積層構造を備える。   The source electrode 34 is a conductive material. The source electrode 34 is, for example, metal or metal silicide. The source electrode 34 includes, for example, a stacked structure of a nickel silicide layer and an aluminum (Al) layer on the nickel silicide layer.

ドレイン電極36は、SiC基板10のSiC層12と反対側、すなわち、裏面側に設けられる。ドレイン電極36は、SiC基板10と電気的に接続される。   Drain electrode 36 is provided on the side opposite to SiC layer 12 of SiC substrate 10, that is, on the back surface side. Drain electrode 36 is electrically connected to SiC substrate 10.

ドレイン電極36は、導電性の材料である。ドレイン電極36は、例えば、金属又は金属シリサイドである。ドレイン電極36は、例えば、ニッケルシリサイド層と、ニッケルシリサイド層上の金(Au)層の積層構造を備える。   The drain electrode 36 is a conductive material. The drain electrode 36 is, for example, metal or metal silicide. The drain electrode 36 includes, for example, a stacked structure of a nickel silicide layer and a gold (Au) layer on the nickel silicide layer.

なお、本実施形態において、n型不純物は例えば、N(窒素)やP(リン)が好ましいが、As(ヒ素)あるいはSb(アンチモン)等を適用することも可能である。また、p型不純物は例えば、Al(アルミニウム)が好ましいが、B(ボロン)、Ga(ガリウム)、In(インジウム)等を適用することも可能である。   In this embodiment, the n-type impurity is preferably N (nitrogen) or P (phosphorus), for example, but As (arsenic) or Sb (antimony) can also be applied. For example, Al (aluminum) is preferable as the p-type impurity, but B (boron), Ga (gallium), In (indium), or the like can also be applied.

図2は、本実施形態の半導体装置であるMISFETの構成の別の一例を示す模式断面図である。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing another example of the configuration of the MISFET that is the semiconductor device of the present embodiment.

MISFET101は、第1の領域15aとトレンチ50の側面との距離が0μmの場合を示す。すなわち、MISFET101では、第2の領域15bが無く、第1の領域15aがトレンチ50の側面に直接接する。   The MISFET 101 shows a case where the distance between the first region 15a and the side surface of the trench 50 is 0 μm. That is, in the MISFET 101, there is no second region 15b, and the first region 15a is in direct contact with the side surface of the trench 50.

次に、本実施形態の半導体装置の製造方法の一例について説明する。図3−図7は、本実施形態の半導体装置の製造方法において、製造途中の半導体装置を示す模式断面図である。   Next, an example of a method for manufacturing the semiconductor device of this embodiment will be described. 3 to 7 are schematic cross-sectional views showing the semiconductor device being manufactured in the manufacturing method of the semiconductor device of the present embodiment.

まず、表面がシリコン面、裏面がカーボン面のn型のSiC基板10を準備する。次に、SiC基板10の表面上に、エピタキシャル成長法により、n型のSiC層12を形成する(図3)。 First, an n + type SiC substrate 10 having a silicon surface on the front surface and a carbon surface on the back surface is prepared. Next, an n type SiC layer 12 is formed on the surface of the SiC substrate 10 by an epitaxial growth method (FIG. 3).

次に、公知のフォトリソグラフィー法により所定の領域にフォトレジスト60を形成する(図4)。   Next, a photoresist 60 is formed in a predetermined region by a known photolithography method (FIG. 4).

次に、熱処理によりフォトレジスト60を熱収縮させる。フォトレジスト60は、熱収縮により、その側面がテーパ形状になる。   Next, the photoresist 60 is thermally shrunk by heat treatment. The side surface of the photoresist 60 becomes tapered due to thermal shrinkage.

そして、フォトレジスト60をマスクに、SiC層12にp型不純物をイオン注入する(図5)。p型不純物が、フォトレジスト60を通過してSiC層12に達するよう、p型不純物の加速エネルギーを設定する。   Then, p-type impurities are ion-implanted into the SiC layer 12 using the photoresist 60 as a mask (FIG. 5). The acceleration energy of the p-type impurity is set so that the p-type impurity passes through the photoresist 60 and reaches the SiC layer 12.

p型不純物をイオン注入によりpウェル領域16を形成する。pウェル領域16とSiC基板10との間がドリフト領域14となる。p型不純物は、例えば、アルミニウム(Al)である。   A p-well region 16 is formed by ion implantation of p-type impurities. A drift region 14 is formed between the p-well region 16 and the SiC substrate 10. The p-type impurity is, for example, aluminum (Al).

フォトレジスト60の形状が、pウェル領域16とドリフト領域14の境界15の形状に反映される。第1の領域15a、第2の領域15b、第3の領域15c、第4の領域15dを有する境界15が形成される。   The shape of the photoresist 60 is reflected in the shape of the boundary 15 between the p-well region 16 and the drift region 14. A boundary 15 having a first region 15a, a second region 15b, a third region 15c, and a fourth region 15d is formed.

次に、SiC層12にトレンチ50を形成する(図6)。トレンチ50は、公知のリソグラフィー法及びドライエッチング法により形成される。   Next, a trench 50 is formed in the SiC layer 12 (FIG. 6). The trench 50 is formed by a known lithography method and dry etching method.

次に、トレンチ50の側面上及び底面上にゲート絶縁膜28を形成する。ゲート絶縁膜28は、例えば、トレンチ50の側面及び底面を熱酸化することにより形成する。ゲート絶縁膜28は、LPCVD法により形成することも可能である。次に、公知の方法で、ゲート絶縁膜28上にゲート電極30を形成する(図7)。ゲート電極30は、例えば、LPCVD法により形成されるドーピングされたポリシリコンである。   Next, the gate insulating film 28 is formed on the side surface and the bottom surface of the trench 50. The gate insulating film 28 is formed, for example, by thermally oxidizing the side surface and the bottom surface of the trench 50. The gate insulating film 28 can also be formed by the LPCVD method. Next, a gate electrode 30 is formed on the gate insulating film 28 by a known method (FIG. 7). The gate electrode 30 is, for example, doped polysilicon formed by LPCVD.

その後、公知のプロセスにより、層間絶縁膜32、ソース電極34、ドレイン電極36を形成し、図1に示す本実施形態のMISFET100が製造される。   Thereafter, the interlayer insulating film 32, the source electrode 34, and the drain electrode 36 are formed by a known process, and the MISFET 100 of this embodiment shown in FIG. 1 is manufactured.

以下、本実施形態の半導体装置の作用及び効果について説明する。   Hereinafter, the operation and effect of the semiconductor device of this embodiment will be described.

トレンチゲート型のMISFETでは、MISFETのオフ状態において、トレンチ底部での電界集中により、ゲート絶縁膜の耐圧が低くなるという問題がある。特に、トレンチの角部での電界集中により、ゲート絶縁膜の耐圧が低下し、MISFETの耐圧が低下する。   In the trench gate type MISFET, there is a problem that the breakdown voltage of the gate insulating film is lowered due to the electric field concentration at the bottom of the trench in the OFF state of the MISFET. In particular, due to the electric field concentration at the corners of the trench, the breakdown voltage of the gate insulating film is lowered and the breakdown voltage of the MISFET is lowered.

図8は、比較形態のMISFETの構成の一例を示す模式断面図である。トレンチ底部での電界集中を緩和するために、pウェル領域16の一部の深さを深くした形態である。MISFET800のオフ状態において、深いpウェル領域16から、トレンチ50側に空乏層が伸びることにより、トレンチの角部での電界が緩和する。したがって、ゲート絶縁膜の耐圧が向上する。   FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of the MISFET of the comparative form. In order to alleviate the electric field concentration at the bottom of the trench, a part of the p-well region 16 is deepened. In the off state of the MISFET 800, a depletion layer extends from the deep p-well region 16 toward the trench 50, so that the electric field at the corner of the trench is relaxed. Therefore, the breakdown voltage of the gate insulating film is improved.

一方、MISFET800のオン状態においては、深いpウェル領域16が存在するため、pウェル領域16とトレンチ50の側面との間のドリフト領域14aの抵抗が上昇する。したがって、MISFET800のオン抵抗が増大するという新たな問題が生ずる。   On the other hand, in the on state of MISFET 800, since deep p well region 16 exists, the resistance of drift region 14a between p well region 16 and the side surface of trench 50 increases. Therefore, a new problem that the on-resistance of the MISFET 800 increases occurs.

図9は、本実施形態のMISFETの構成の別の一例を示す模式断面図である。図9は、図2のMISFET101と同様の構成を備える。   FIG. 9 is a schematic cross-sectional view showing another example of the configuration of the MISFET of this embodiment. FIG. 9 has the same configuration as the MISFET 101 of FIG.

MISFET101のチャネル長(図9中のLch)を変化させて、ゲート絶縁膜中の最大電界とオン抵抗との関係をシミュレーションにより求めた。チャネル長は、0.1μm、0.2μm、0.3μmとした。チャネル長を変化させる際、境界15の形状は維持した状態で上下させた。また、第1の傾斜角θは45度に固定した。   By changing the channel length (Lch in FIG. 9) of the MISFET 101, the relationship between the maximum electric field in the gate insulating film and the on-resistance was obtained by simulation. The channel length was 0.1 μm, 0.2 μm, and 0.3 μm. When the channel length was changed, the boundary 15 was moved up and down while maintaining the shape. The first inclination angle θ was fixed at 45 degrees.

同様に、比較形態のMISFET800についても、チャネル長(図8中のLch)を変化させて、ゲート絶縁膜中の最大電界とオン抵抗との関係をシミュレーションにより求めた。チャネル長は、0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μmとした。   Similarly, for the comparative MISFET 800, the channel length (Lch in FIG. 8) was changed, and the relationship between the maximum electric field in the gate insulating film and the on-resistance was obtained by simulation. The channel length was 0.1 μm, 0.2 μm, 0.3 μm, 0.4 μm, 0.5 μm, and 0.6 μm.

図10は、本実施形態の半導体装置の作用・効果の説明図である。図10は、ゲート絶縁膜28中の最大電界とオン抵抗との関係を示す図である。図10から明らかなように、ゲート絶縁膜28中の最大電界とオン抵抗とは、実施形態及び比較形態いずれの場合もトレードオフの関係にあることが分かる。   FIG. 10 is an explanatory diagram of operations and effects of the semiconductor device of this embodiment. FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the maximum electric field in the gate insulating film 28 and the on-resistance. As can be seen from FIG. 10, the maximum electric field and the on-resistance in the gate insulating film 28 are in a trade-off relationship in both the embodiment and the comparative embodiment.

MISFET101、800のチャネル長(Lch)が短くなると、pウェル領域16から、伸びる空乏層によるトレンチ50の角部での電界緩和効果が減少し、ゲート絶縁膜28中の最大電界が大きくなる。したがって、ゲート絶縁膜28の耐圧が低下する。   When the channel length (Lch) of the MISFETs 101 and 800 is shortened, the electric field relaxation effect at the corner of the trench 50 by the depletion layer extending from the p well region 16 is reduced, and the maximum electric field in the gate insulating film 28 is increased. Therefore, the breakdown voltage of the gate insulating film 28 is reduced.

また、MISFET101、800のチャネル長(Lch)が短くなると、チャネル抵抗が小さくなり、オン抵抗が減少する。   Further, when the channel length (Lch) of the MISFETs 101 and 800 is shortened, the channel resistance is decreased and the on-resistance is decreased.

図10から明らかなように、実施形態の場合は、比較形態の場合と比べ、ゲート絶縁膜28中の最大電界とオン抵抗とのトレードオフ関係が改善していることが分かる。実施形態の場合、(1)図9中の白矢印で示すように、傾斜した第1の領域15aに沿ってオン電流が流れるため、比較形態の場合に比べてオン抵抗が低下すること、(2)傾斜した第1の領域15aからトレンチ50に向かって空乏層が伸びるため、比較形態に比べてトレンチ50の角部での電界緩和効果が大きくなることが理由であると考えられる。したがって、同一のオン抵抗で比較した場合、実施形態のMISFET101の場合、ゲート絶縁膜28中の最大電界が緩和し、ゲート絶縁膜28の耐圧が向上する。   As is clear from FIG. 10, in the case of the embodiment, the trade-off relationship between the maximum electric field in the gate insulating film 28 and the on-resistance is improved as compared with the case of the comparative embodiment. In the case of the embodiment, (1) since the on-current flows along the inclined first region 15a as shown by the white arrow in FIG. 2) Since the depletion layer extends from the inclined first region 15a toward the trench 50, it is considered that the electric field relaxation effect at the corner of the trench 50 is greater than that in the comparative example. Therefore, when compared with the same on-resistance, in the case of the MISFET 101 of the embodiment, the maximum electric field in the gate insulating film 28 is relaxed, and the breakdown voltage of the gate insulating film 28 is improved.

図11は、本実施形態の半導体装置の作用・効果の説明図である。図1に示したMISFET100の構造において、第1の領域15aとトレンチ50の側面との距離(図1中のd)と、MISFET100の耐圧との関係をシミュレーションで求めた結果を示す。   FIG. 11 is an explanatory diagram of operations and effects of the semiconductor device of this embodiment. In the structure of the MISFET 100 shown in FIG. 1, the result of obtaining the relationship between the distance (d in FIG. 1) between the first region 15 a and the side surface of the trench 50 and the breakdown voltage of the MISFET 100 by simulation is shown.

縦軸に示す耐圧は、ソース電極34とドレイン電極36間の耐圧である。シミュレーションでは、チャネル長(図1のLch)を0.1μmに固定している。   The breakdown voltage shown on the vertical axis is the breakdown voltage between the source electrode 34 and the drain electrode 36. In the simulation, the channel length (Lch in FIG. 1) is fixed to 0.1 μm.

図11に示すように、第1の領域15aとトレンチ50の側面との距離が、0.3μmを超えると、急激に耐圧が低下する。0.2μm以下では安定して高い耐圧が維持できる。   As shown in FIG. 11, when the distance between the first region 15a and the side surface of the trench 50 exceeds 0.3 μm, the withstand voltage is drastically decreased. If it is 0.2 μm or less, a high breakdown voltage can be stably maintained.

本実施形態のMISFETは、傾斜した第1の領域15aを有する。第1の領域15aが傾斜しているため、MISFETのオフ状態において、ドリフト領域14からチャネル領域へ向かう空乏層の伸びが抑制される。したがって、チャネル長が短くなった場合でも、MISFETのパンチスルーが抑制され、MISFETの耐圧が向上する。   The MISFET of this embodiment has the inclined first region 15a. Since the first region 15a is inclined, the extension of the depletion layer from the drift region 14 toward the channel region is suppressed in the OFF state of the MISFET. Therefore, even when the channel length is shortened, punch-through of the MISFET is suppressed and the breakdown voltage of the MISFET is improved.

もっとも、第1の領域15aとトレンチ50の側面との距離が遠くなりすぎると、ドリフト領域14からチャネル領域へ向かう空乏層の伸びの抑制効果が減じる。したがって、MISFETの耐圧が低下する。   However, if the distance between the first region 15a and the side surface of the trench 50 is too long, the effect of suppressing the growth of the depletion layer from the drift region 14 toward the channel region is reduced. Therefore, the breakdown voltage of the MISFET is lowered.

図11に示した結果より、第1の領域15aとトレンチ50の側面との距離(図1中のd)は、0μm以上0.3μm以下であることが、MISFETの耐圧を向上させる観点から望ましい。第1の領域15aとトレンチ50の側面との距離(図1中のd)は、0.2μm以下であることが、より望ましく、0.1μm以下であることが、さらに望ましい。   From the result shown in FIG. 11, the distance between the first region 15a and the side surface of the trench 50 (d in FIG. 1) is preferably 0 μm or more and 0.3 μm or less from the viewpoint of improving the breakdown voltage of the MISFET. . The distance (d in FIG. 1) between the first region 15a and the side surface of the trench 50 is more preferably 0.2 μm or less, and further preferably 0.1 μm or less.

図12は、本実施形態の半導体装置の作用・効果を示す図である。図9に示すMISFET101の第1の領域15aの第1の傾斜角θを変化させて、ゲート絶縁膜中の最大電界とオン抵抗の関係をシミュレーションにより求めた。ソース電極34とドレイン電極36間に印加する電圧を1200Vとした。   FIG. 12 is a diagram illustrating the operation and effect of the semiconductor device of this embodiment. The relationship between the maximum electric field in the gate insulating film and the on-resistance was obtained by simulation by changing the first inclination angle θ of the first region 15a of the MISFET 101 shown in FIG. The voltage applied between the source electrode 34 and the drain electrode 36 was 1200V.

プレーナ型のMISFETよりもオン抵抗を低減するためには、オン抵抗は2mΩcm以下であることが望ましい。また、ゲート絶縁膜28がシリコン酸化膜である場合、ゲート絶縁膜28の耐圧を確保する観点から最大電界は3MV/cm以下であることが望ましい。したがって、第1の傾斜角θは15度以上60度以下であることが望ましい。 In order to reduce the on-resistance as compared with the planar type MISFET, the on-resistance is desirably 2 mΩcm 2 or less. Further, when the gate insulating film 28 is a silicon oxide film, the maximum electric field is desirably 3 MV / cm or less from the viewpoint of ensuring the withstand voltage of the gate insulating film 28. Therefore, it is desirable that the first inclination angle θ is not less than 15 degrees and not more than 60 degrees.

なお、ゲート絶縁膜28の耐圧を向上させる観点から、トレンチ50の底面上のゲート絶縁膜28の膜厚が、トレンチ50の側面上のゲート絶縁膜28の膜厚よりも厚いことが望ましい。   From the viewpoint of improving the breakdown voltage of the gate insulating film 28, it is desirable that the film thickness of the gate insulating film 28 on the bottom surface of the trench 50 is larger than the film thickness of the gate insulating film 28 on the side surface of the trench 50.

本実施形態のMISFETによれば、ゲート絶縁膜28中の最大電界とオン抵抗とのトレードオフ関係が改善される。したがって、ゲート絶縁膜28の耐圧が高くなる。また、チャネル領域でのパンチスルーが抑制され、ソース−ドレイン間の耐圧が高くなる。よって、高い耐圧を備えたMISFETが実現できる。   According to the MISFET of this embodiment, the trade-off relationship between the maximum electric field in the gate insulating film 28 and the on-resistance is improved. Therefore, the breakdown voltage of the gate insulating film 28 is increased. In addition, punch-through in the channel region is suppressed, and the breakdown voltage between the source and drain is increased. Therefore, a MISFET having a high breakdown voltage can be realized.

(第2の実施形態)
本実施形態の半導体装置は、第2のSiC領域と第3のSiC領域との境界が第4の領域を備えないこと以外は、第1の実施形態と同様である。したがって、第1の実施形態と重複する内容については記述を省略する。
(Second Embodiment)
The semiconductor device of this embodiment is the same as that of the first embodiment except that the boundary between the second SiC region and the third SiC region does not include the fourth region. Therefore, description of the contents overlapping with those of the first embodiment is omitted.

図13は、本実施形態の半導体装置であるMISFETの構成を示す模式断面図である。このMISFET200は、トレンチゲート型のMOSFETである。   FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a MISFET that is a semiconductor device of this embodiment. The MISFET 200 is a trench gate type MOSFET.

pウェル領域16とドリフト領域14の境界15は、トレンチ50の側面に接する。pウェル領域16とドリフト領域14の境界15は、第1の領域15a、第3の領域15cを備える。   The boundary 15 between the p-well region 16 and the drift region 14 is in contact with the side surface of the trench 50. A boundary 15 between the p-well region 16 and the drift region 14 includes a first region 15a and a third region 15c.

第1の領域15aは、トレンチ50の側面に接する。また、pウェル領域16とドリフト領域14の境界15は、角度が90度以下の屈曲部を備えない。   The first region 15 a is in contact with the side surface of the trench 50. Further, the boundary 15 between the p-well region 16 and the drift region 14 does not include a bent portion having an angle of 90 degrees or less.

図14は、比較形態のMISFETの構成の一例を示す模式断面図である。トレンチ50底部での電界集中を緩和するために、pウェル領域16の一部の深さを深くした形態である。MISFET900のオフ状態において、深いpウェル領域16から、トレンチ50側に空乏層が伸びることにより、トレンチ50角部での電界が緩和する。したがって、ゲート絶縁膜28の耐圧が向上する。   FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of a MISFET of a comparative form. In order to alleviate the electric field concentration at the bottom of the trench 50, a part of the p-well region 16 is deepened. In the off state of the MISFET 900, the depletion layer extends from the deep p well region 16 to the trench 50 side, so that the electric field at the corner of the trench 50 is relaxed. Therefore, the breakdown voltage of the gate insulating film 28 is improved.

MISFET200のチャネル長(図13中のLch)を変化させて、ゲート絶縁膜28中の最大電界とオン抵抗との関係をシミュレーションにより求めた。チャネル長は、0.1μm、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μmとした。第1の傾斜角θは45度に固定した。   The relationship between the maximum electric field in the gate insulating film 28 and the on-resistance was obtained by simulation by changing the channel length (Lch in FIG. 13) of the MISFET 200. The channel length was 0.1 μm, 0.2 μm, 0.3 μm, 0.4 μm, 0.5 μm, and 0.6 μm. The first inclination angle θ was fixed at 45 degrees.

同様に、比較形態のMISFET900についても、チャネル長(図14中のLch)を変化させて、ゲート絶縁膜中の最大電界とオン抵抗との関係をシミュレーションにより求めた。チャネル長は、0.2μm、0.3μm、0.4μm、0.5μm、0.6μmとした。   Similarly, for the comparative MISFET 900, the channel length (Lch in FIG. 14) was changed, and the relationship between the maximum electric field in the gate insulating film and the on-resistance was obtained by simulation. The channel length was 0.2 μm, 0.3 μm, 0.4 μm, 0.5 μm, and 0.6 μm.

図15は、本実施形態の半導体装置の作用・効果の説明図である。図15は、ゲート絶縁膜中の最大電界とオン抵抗との関係を示す図である。   FIG. 15 is an explanatory diagram of operations and effects of the semiconductor device of this embodiment. FIG. 15 is a diagram showing the relationship between the maximum electric field in the gate insulating film and the on-resistance.

図15から明らかなように、実施形態の場合は、比較形態の場合と比べ、ゲート絶縁膜28中の最大電界とオン抵抗とのトレードオフ関係が改善していることが分かる。したがって、同一のオン抵抗で比較した場合、実施形態のMISFET200の場合ゲート絶縁膜28中の最大電界が緩和し、ゲート絶縁膜28の耐圧が向上する。   As is apparent from FIG. 15, in the case of the embodiment, the trade-off relationship between the maximum electric field in the gate insulating film 28 and the on-resistance is improved as compared with the case of the comparative embodiment. Therefore, when compared with the same on-resistance, in the case of the MISFET 200 of the embodiment, the maximum electric field in the gate insulating film 28 is relaxed, and the breakdown voltage of the gate insulating film 28 is improved.

本実施形態のMISFETによれば、第1の実施形態のMISFETと同様、ゲート絶縁膜28の耐圧及びソース−ドレイン間の耐圧が高くなる。また、境界15は角度が90度以下の屈曲部を備えないため、MISFETのオフ状態における境界15での電界集中が抑制され、境界15での絶縁破壊が抑制される。よって、さらに高い耐圧を備えたMISFETが実現できる。   According to the MISFET of this embodiment, the breakdown voltage of the gate insulating film 28 and the breakdown voltage between the source and the drain are increased as in the MISFET of the first embodiment. Further, since the boundary 15 does not include a bent portion having an angle of 90 degrees or less, electric field concentration at the boundary 15 in the OFF state of the MISFET is suppressed, and dielectric breakdown at the boundary 15 is suppressed. Therefore, a MISFET having a higher breakdown voltage can be realized.

(第3の実施形態)
本実施形態の半導体装置は、SiC層内にトレンチの底面と第3のSiC領域との間に設けられ、底面に接する第2導電型の第5のSiC領域を、更に備えること以外は、第1の実施形態と同様である。したがって、第1の実施形態と重複する内容については記述を省略する。
(Third embodiment)
The semiconductor device of this embodiment is provided with a second conductivity type fifth SiC region provided in the SiC layer between the bottom surface of the trench and the third SiC region, and in contact with the bottom surface. This is the same as the first embodiment. Therefore, description of the contents overlapping with those of the first embodiment is omitted.

図16は、本実施形態の半導体装置であるMISFETの構成を示す模式断面図である。このMISFET300は、トレンチゲート型のMOSFETである。   FIG. 16 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a MISFET that is a semiconductor device of the present embodiment. The MISFET 300 is a trench gate type MOSFET.

MISFET300は、SiC層12内にp型の電界緩和領域40を備える。電界緩和領域40は、トレンチ50の底面とドリフト領域14との間に設けられる。電界緩和領域40は、MISFET300のオフ状態の際に、トレンチ50底部での電界集中を緩和する機能を備える。   The MISFET 300 includes a p-type electric field relaxation region 40 in the SiC layer 12. The electric field relaxation region 40 is provided between the bottom surface of the trench 50 and the drift region 14. The electric field relaxation region 40 has a function of relaxing electric field concentration at the bottom of the trench 50 when the MISFET 300 is in an off state.

電界緩和領域40は、例えば、Al(アルミニウム)をp型不純物として含む。電界緩和領域40のp型不純物の濃度は、例えば、1×1017cm−3以上1×1019cm−3以下である。 The electric field relaxation region 40 includes, for example, Al (aluminum) as a p-type impurity. The concentration of the p-type impurity in the electric field relaxation region 40 is, for example, 1 × 10 17 cm −3 or more and 1 × 10 19 cm −3 or less.

本実施形態のMISFETによれば、第1の実施形態のMISFETと同様、ゲート絶縁膜28の耐圧及びソース−ドレイン間の耐圧が高くなる。また、電界緩和領域40を備えることで、トレンチ50底部でのゲート絶縁膜28の耐圧が更に向上する。   According to the MISFET of this embodiment, the breakdown voltage of the gate insulating film 28 and the breakdown voltage between the source and the drain are increased as in the MISFET of the first embodiment. In addition, by providing the electric field relaxation region 40, the breakdown voltage of the gate insulating film 28 at the bottom of the trench 50 is further improved.

(第4の実施形態)
本実施形態の半導体装置は、ソース電極34がトレンチ内に設けられること以外は、第1の実施形態と同様である。したがって、第1の実施形態と重複する内容については記述を省略する。
(Fourth embodiment)
The semiconductor device of this embodiment is the same as that of the first embodiment except that the source electrode 34 is provided in the trench. Therefore, description of the contents overlapping with those of the first embodiment is omitted.

図17は、本実施形態の半導体装置であるMISFETの構成を示す模式断面図である。このMISFET400は、トレンチゲート型のMOSFETである。   FIG. 17 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a MISFET which is a semiconductor device of the present embodiment. The MISFET 400 is a trench gate type MOSFET.

MISFET400は、SiC層12内に設けられたトレンチ55内にソース電極34が設けられている。トレンチ55の底部又は側面にp型のpウェルコンタクト領域20が設けられる。 In the MISFET 400, the source electrode 34 is provided in the trench 55 provided in the SiC layer 12. A p + type p-well contact region 20 is provided at the bottom or side surface of the trench 55.

本実施形態のMISFETによれば、第1の実施形態のMISFETと同様、ゲート絶縁膜28の耐圧及びソース−ドレイン間の耐圧が高くなる。また、トレンチ55内にソース電極34を設けることでコンタクト構造の微細化が可能となる。   According to the MISFET of this embodiment, the breakdown voltage of the gate insulating film 28 and the breakdown voltage between the source and the drain are increased as in the MISFET of the first embodiment. Further, by providing the source electrode 34 in the trench 55, the contact structure can be miniaturized.

また、トレンチ55内にソース電極34を設けることで深いpウェル領域16の形成が容易となる。すなわち、SiC層12にトレンチ55を形成した後、トレンチ55の底部へイオン注入を行いpウェル領域16を形成することで、深いpウェル領域16の形成が容易となる。   In addition, providing the source electrode 34 in the trench 55 facilitates formation of the deep p-well region 16. That is, after forming the trench 55 in the SiC layer 12, ions are implanted into the bottom of the trench 55 to form the p well region 16, thereby facilitating the formation of the deep p well region 16.

(第5の実施形態)
本実施形態の半導体装置は、MISFETではなく、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)であること以外は、第1の実施形態と同様である。したがって、第1の実施形態と重複する内容については記述を省略する。
(Fifth embodiment)
The semiconductor device of the present embodiment is the same as that of the first embodiment except that it is not an MISFET but an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). Therefore, description of the contents overlapping with those of the first embodiment is omitted.

図18は、本実施形態の半導体装置であるIGBTの構成を示す模式断面図である。IGBT500は、ゲート絶縁膜及びゲート電極がトレンチ内に設けられたトレンチゲート型IGBTである。   FIG. 18 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the IGBT that is the semiconductor device of the present embodiment. The IGBT 500 is a trench gate type IGBT in which a gate insulating film and a gate electrode are provided in a trench.

IGBT500は、SiC基板110、SiC層12、ドリフト領域(第3のSiC領域)14、界面15、第1の領域15a、第2の領域15b、第3の領域15c、第4の領域15d、pベース領域(第2のSiC領域)116、エミッタ領域(第1のSiC領域)118、pベースコンタクト領域(第4のSiC領域)120、ゲート絶縁膜(絶縁膜)28、ゲート電極30、層間絶縁膜32、エミッタ電極(電極)134、コレクタ電極136、トレンチ50を備える。   The IGBT 500 includes an SiC substrate 110, an SiC layer 12, a drift region (third SiC region) 14, an interface 15, a first region 15a, a second region 15b, a third region 15c, and a fourth region 15d, p. Base region (second SiC region) 116, emitter region (first SiC region) 118, p base contact region (fourth SiC region) 120, gate insulating film (insulating film) 28, gate electrode 30, interlayer insulation A film 32, an emitter electrode (electrode) 134, a collector electrode 136, and a trench 50 are provided.

IGBT500は、p型のSiC基板110を備える。SiC基板110は、例えばAl(アルミニウム)をp型不純物として含む4H−SiCのSiC基板である。p型不純物の不純物濃度は、例えば、1×1018cm−3以上1×1020cm−3以下である。SiC基板110は、IGBT500のコレクタ領域として機能する。 IGBT 500 includes a p + type SiC substrate 110. The SiC substrate 110 is a 4H—SiC SiC substrate containing, for example, Al (aluminum) as a p-type impurity. The impurity concentration of the p-type impurity is, for example, 1 × 10 18 cm −3 or more and 1 × 10 20 cm −3 or less. SiC substrate 110 functions as a collector region of IGBT 500.

SiC基板110の表面は、例えば、(0001)面(シリコン面)に対し0度以上10度以下傾斜した面である。SiC基板110の裏面は、例えば、(000−1)面(カーボン面)に対し0度以上10度以下傾斜した面である。   The surface of the SiC substrate 110 is, for example, a surface that is inclined at 0 ° or more and 10 ° or less with respect to the (0001) plane (silicon surface). The back surface of SiC substrate 110 is, for example, a surface that is inclined at 0 degree or more and 10 degrees or less with respect to the (000-1) plane (carbon plane).

SiC層12は、SiC基板110上に設けられる。SiC層12は、例えば、N(窒素)をn型不純物として含む。SiC層12のn型不純物の濃度は、例えば、1×1014cm−3以上1×1017cm−3以下である。SiC層12は、例えば、SiC基板110上にエピタキシャル成長により形成されたSiCのエピタキシャル成長層である。 SiC layer 12 is provided on SiC substrate 110. The SiC layer 12 includes, for example, N (nitrogen) as an n-type impurity. The concentration of the n-type impurity in the SiC layer 12 is, for example, 1 × 10 14 cm −3 or more and 1 × 10 17 cm −3 or less. The SiC layer 12 is, for example, an SiC epitaxial growth layer formed on the SiC substrate 110 by epitaxial growth.

SiC層12の表面も、シリコン面に対し0度以上10度以下傾斜した面である。SiC層12の膜厚は、例えば、5μm以上150μm以下である。   The surface of SiC layer 12 is also a plane inclined at 0 ° or more and 10 ° or less with respect to the silicon surface. The film thickness of the SiC layer 12 is not less than 5 μm and not more than 150 μm, for example.

ドリフト領域(第3のSiC領域)14、pベース領域(第2のSiC領域)116、エミッタ領域(第1のSiC領域)118、pベースコンタクト領域(第4のSiC領域)120は、SiC層12内に設けられる。   The drift region (third SiC region) 14, the p base region (second SiC region) 116, the emitter region (first SiC region) 118, and the p base contact region (fourth SiC region) 120 are SiC layers. 12 is provided.

型のドリフト領域14は、pベース領域116とSiC基板110との間に設けられる。ドリフト領域14は、例えば、N(窒素)をn型不純物として含む。ドリフト領域14のn型不純物の濃度は、例えば、1×1014cm−3以上1×1017cm−3以下である。 N type drift region 14 is provided between p base region 116 and SiC substrate 110. The drift region 14 includes, for example, N (nitrogen) as an n-type impurity. The concentration of the n-type impurity in the drift region 14 is, for example, 1 × 10 14 cm −3 or more and 1 × 10 17 cm −3 or less.

p型のpベース領域116は、エミッタ領域118とSiC基板110との間に設けられる。pベース領域116は、IGBT500のチャネル領域として機能する。   The p-type p base region 116 is provided between the emitter region 118 and the SiC substrate 110. The p base region 116 functions as a channel region of the IGBT 500.

pベース領域116は、例えば、Al(アルミニウム)をp型不純物として含む。pベース領域116のp型不純物の濃度は、例えば、5×1015cm−3以上1×1018cm−3以下である。pベース領域116の深さは、例えば、0.6μm以上1.2μm以下である。 The p base region 116 includes, for example, Al (aluminum) as a p-type impurity. The concentration of the p-type impurity in the p base region 116 is, for example, 5 × 10 15 cm −3 or more and 1 × 10 18 cm −3 or less. The depth of the p base region 116 is, for example, not less than 0.6 μm and not more than 1.2 μm.

型のエミッタ領域118は、pベース領域116内に設けられる。エミッタ領域118の一部は、SiC層12の表面に接する。 The n + -type emitter region 118 is provided in the p base region 116. A part of emitter region 118 is in contact with the surface of SiC layer 12.

エミッタ領域118は、例えば、N(窒素)をn型不純物として含む。エミッタ領域118のn型不純物の濃度は、例えば、1×1018cm−3以上1×1022cm−3cm−3以下である。エミッタ領域118の深さは、pベース領域116の深さよりも浅い。エミッタ領域118の深さは、例えば0.3μm程度である。 The emitter region 118 includes, for example, N (nitrogen) as an n-type impurity. The n-type impurity concentration in the emitter region 118 is, for example, 1 × 10 18 cm −3 or more and 1 × 10 22 cm −3 cm −3 or less. The depth of the emitter region 118 is shallower than the depth of the p base region 116. The depth of the emitter region 118 is, for example, about 0.3 μm.

また、p型のpベースコンタクト領域120は、pベース領域116内に設けられる。pベースコンタクト領域120は、エミッタ領域118の側方に設けられる。 The p + -type p base contact region 120 is provided in the p base region 116. The p base contact region 120 is provided on the side of the emitter region 118.

pベースコンタクト領域120は、例えば、Al(アルミニウム)をp型不純物として含有する。pベースコンタクト領域120のp型不純物の濃度は、pベース領域116のp型不純物の濃度よりも高い。例えば、1×1018cm−3以上1×1022cm−3以下である。pベースコンタクト領域120の深さは、pベース領域116の深さよりも浅く、例えば0.3μm程度である。 The p base contact region 120 contains, for example, Al (aluminum) as a p-type impurity. The p-type impurity concentration in the p base contact region 120 is higher than the p-type impurity concentration in the p base region 116. For example, it is 1 × 10 18 cm −3 or more and 1 × 10 22 cm −3 or less. The depth of the p base contact region 120 is shallower than the depth of the p base region 116, for example, about 0.3 μm.

トレンチ50は、SiC層12に設けられる。トレンチ50の側面は、例えば、m面又はa面となっている。トレンチ50の深さは、pベース領域116の最大深さよりも浅い。   The trench 50 is provided in the SiC layer 12. The side surface of the trench 50 is, for example, an m-plane or an a-plane. The depth of the trench 50 is shallower than the maximum depth of the p base region 116.

pベース領域116とドリフト領域14の境界15は、トレンチ50の側面に接する。
pベース領域116とドリフト領域14の境界15は、第1の領域15a、第2の領域15b、第3の領域15c、第4の領域15dを備える。
The boundary 15 between the p base region 116 and the drift region 14 is in contact with the side surface of the trench 50.
The boundary 15 between the p base region 116 and the drift region 14 includes a first region 15a, a second region 15b, a third region 15c, and a fourth region 15d.

SiC層12の表面からの第1の領域15aの距離が、トレンチ50から離れるにしたがって大きくなる。第1の領域15aは、第1の傾斜角(図1中のθ)を有する。第1の領域15aとトレンチ50の側面との距離(図1中のd)は、0μm以上0.3μm以下である。   The distance of first region 15a from the surface of SiC layer 12 increases as the distance from trench 50 increases. The first region 15a has a first inclination angle (θ in FIG. 1). The distance (d in FIG. 1) between the first region 15a and the side surface of the trench 50 is not less than 0 μm and not more than 0.3 μm.

第2の領域15bは、SiC層12の表面に略平行である。第2の領域15bは、第1の領域15aとトレンチ50との間に設けられる。第2の領域15bはトレンチ50の側面に接する。   Second region 15 b is substantially parallel to the surface of SiC layer 12. The second region 15 b is provided between the first region 15 a and the trench 50. The second region 15 b is in contact with the side surface of the trench 50.

第3の領域15cは、SiC層12の表面に略平行である。第3の領域15cとトレンチ50との間に第1の領域15aが設けられる。   Third region 15 c is substantially parallel to the surface of SiC layer 12. A first region 15 a is provided between the third region 15 c and the trench 50.

第4の領域15dは、SiC層12の表面に略垂直である。第4の領域15dとトレンチ50との間に第1の領域15aが設けられる。第4の領域15dは、第3の領域15cと第1の領域15aとの間に設けられる。   Fourth region 15 d is substantially perpendicular to the surface of SiC layer 12. A first region 15 a is provided between the fourth region 15 d and the trench 50. The fourth region 15d is provided between the third region 15c and the first region 15a.

なお、pベース領域116とドリフト領域14の境界15の形状は、例えば、走査型静電容量顕微鏡法(Scanning Capacitance Microscopy)により観察することが可能である。   Note that the shape of the boundary 15 between the p base region 116 and the drift region 14 can be observed by, for example, scanning capacitance microscopy.

ゲート絶縁膜28は、トレンチ50の側面上及び底面上に設けられる。ゲート絶縁膜28の少なくとも一部は、エミッタ領域118、pベース領域116、及び、ドリフト領域14に接する。ゲート絶縁膜28は、SiC層12とゲート電極30との間に設けられる。   The gate insulating film 28 is provided on the side surface and the bottom surface of the trench 50. At least a part of the gate insulating film 28 is in contact with the emitter region 118, the p base region 116, and the drift region 14. Gate insulating film 28 is provided between SiC layer 12 and gate electrode 30.

ゲート絶縁膜28には、例えば、酸化膜が適用される。ゲート絶縁膜28には、例えば、シリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜、又は、high−k絶縁膜が適用可能である。   For example, an oxide film is applied to the gate insulating film 28. As the gate insulating film 28, for example, a silicon oxide film, a silicon oxynitride film, or a high-k insulating film can be applied.

ゲート電極30は、ゲート絶縁膜28上に設けられる。ゲート電極30には、例えば、ドーピングされたポリシリコン等が適用可能である。   The gate electrode 30 is provided on the gate insulating film 28. For example, doped polysilicon or the like can be applied to the gate electrode 30.

層間絶縁膜32は、ゲート電極30上に設けられる。層間絶縁膜32は、例えば、シリコン酸化膜で形成される。   The interlayer insulating film 32 is provided on the gate electrode 30. The interlayer insulating film 32 is formed of, for example, a silicon oxide film.

エミッタ電極134は、SiC層12上に設けられる。エミッタ電極134は、エミッタ領域118とpベースコンタクト領域120とに電気的に接続される。エミッタ電極134は、pベース領域116に電位を与えるpベース電極としても機能する。   Emitter electrode 134 is provided on SiC layer 12. Emitter electrode 134 is electrically connected to emitter region 118 and p base contact region 120. The emitter electrode 134 also functions as a p base electrode that applies a potential to the p base region 116.

エミッタ電極134は、導電性の材料である。エミッタ電極134は、例えば、金属又は金属シリサイドである。エミッタ電極134は、例えば、ニッケルシリサイド層と、ニッケルシリサイド層上のアルミニウム(Al)層の積層構造を備える。   The emitter electrode 134 is a conductive material. The emitter electrode 134 is, for example, metal or metal silicide. The emitter electrode 134 includes, for example, a stacked structure of a nickel silicide layer and an aluminum (Al) layer on the nickel silicide layer.

コレクタ電極136は、SiC基板110のSiC層12と反対側、すなわち、裏面側に設けられる。コレクタ電極136は、SiC基板110と電気的に接続される。   Collector electrode 136 is provided on the opposite side to SiC layer 12 of SiC substrate 110, that is, on the back side. Collector electrode 136 is electrically connected to SiC substrate 110.

コレクタ電極136は、導電性の材料である。コレクタ電極136は、例えば、金属又は金属シリサイドである。コレクタ電極136は、例えば、ニッケルシリサイド層と、ニッケルシリサイド層上の金(Au)層の積層構造を備える。   The collector electrode 136 is a conductive material. The collector electrode 136 is, for example, metal or metal silicide. The collector electrode 136 includes, for example, a stacked structure of a nickel silicide layer and a gold (Au) layer on the nickel silicide layer.

なお、本実施形態において、n型不純物は例えば、N(窒素)やP(リン)が好ましいが、As(ヒ素)あるいはSb(アンチモン)等を適用することも可能である。また、p型不純物は例えば、Al(アルミニウム)が好ましいが、B(ボロン)、Ga(ガリウム)、In(インジウム)等を適用することも可能である。   In this embodiment, the n-type impurity is preferably N (nitrogen) or P (phosphorus), for example, but As (arsenic) or Sb (antimony) can also be applied. For example, Al (aluminum) is preferable as the p-type impurity, but B (boron), Ga (gallium), In (indium), or the like can also be applied.

本実施形態のIGBTによれば、第1の実施形態のMISFETと同様に、ゲート絶縁膜28中の最大電界とオン抵抗とのトレードオフ関係が改善される。したがって、ゲート絶縁膜28の耐圧が高くなる。また、チャネル領域でのパンチスルーが抑制され、エミッタ−コレクタ間の耐圧が高くなる。よって、高い耐圧を備えたIGBTが実現できる。   According to the IGBT of this embodiment, like the MISFET of the first embodiment, the trade-off relationship between the maximum electric field in the gate insulating film 28 and the on-resistance is improved. Therefore, the breakdown voltage of the gate insulating film 28 is increased. In addition, punch-through in the channel region is suppressed, and the breakdown voltage between the emitter and collector is increased. Therefore, an IGBT having a high breakdown voltage can be realized.

なお、第1乃至第5の実施形態において、n型とp型とを入れ替えた構造のデバイスも同様に特性向上が実現できる。   In the first to fifth embodiments, the characteristics of the device having the structure in which the n-type and the p-type are interchanged can also be improved.

以上、実施形態では、炭化珪素の結晶構造として4H−SiCの場合を例に説明したが、本発明は6H−SiC、3C−SiC等、その他の結晶構造の炭化珪素に適用することも可能である。   As described above, in the embodiment, the case where 4H—SiC is used as the crystal structure of silicon carbide has been described as an example. However, the present invention can also be applied to silicon carbide having other crystal structures such as 6H—SiC and 3C—SiC. is there.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。例えば、一実施形態の構成要素を他の実施形態の構成要素と置き換え又は変更してもよい。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. For example, a component in one embodiment may be replaced or changed with a component in another embodiment. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

10 SiC基板
12 SiC層
14 ドリフト領域(第3のSiC領域)
15 境界
15a 第1の領域
15b 第2の領域
15c 第3の領域
15d 第4の領域
16 pウェル領域(第2のSiC領域)
18 ソース領域(第1のSiC領域)
20 pウェルコンタクト領域(第4のSiC領域)
28 ゲート絶縁膜
30 ゲート電極
34 ソース電極
36 ドレイン電極
40 電界緩和領域(第5のSiC領域)
50 トレンチ
55 トレンチ
100 MISFET(半導体装置)
101 MISFET(半導体装置)
110 SiC基板
114 エミッタ領域(第3のSiC領域)
116 pベース領域(第2のSiC領域)
118 コレクタ領域(第1のSiC領域)
120 pベースコンタクト領域(第4のSiC領域)
134 エミッタ電極
136 コレクタ電極
200 MISFET(半導体装置)
300 MISFET(半導体装置)
400 MISFET(半導体装置)
500 IGBT(半導体装置)
10 SiC substrate 12 SiC layer 14 Drift region (third SiC region)
15 boundary 15a first region 15b second region 15c third region 15d fourth region 16 p-well region (second SiC region)
18 Source region (first SiC region)
20 p-well contact region (fourth SiC region)
28 Gate insulating film 30 Gate electrode
34 Source electrode 36 Drain electrode 40 Electric field relaxation region (fifth SiC region)
50 trench 55 trench 100 MISFET (semiconductor device)
101 MISFET (semiconductor device)
110 SiC substrate 114 Emitter region (third SiC region)
116 p base region (second SiC region)
118 Collector region (first SiC region)
120 p base contact region (fourth SiC region)
134 Emitter electrode 136 Collector electrode 200 MISFET (semiconductor device)
300 MISFET (semiconductor device)
400 MISFET (semiconductor device)
500 IGBT (semiconductor device)

Claims (22)

SiC基板と、
前記SiC基板の上に設けられ、側面と底面とを有する第1のトレンチを表面の側に有するSiC層と、
前記SiC層内に設けられた第1導電型の第1のSiC領域と、
前記SiC層内に前記第1のSiC領域と前記SiC基板との間に設けられた第2導電型の第2のSiC領域と、
前記SiC層内に前記第2のSiC領域と前記SiC基板との間に設けられた第1導電型の第3のSiC領域と、
前記第1のトレンチの前記側面の上及び前記底面の上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記第1のSiC領域、前記第2のSiC領域、及び、前記第3のSiC領域との間に前記ゲート絶縁膜が設けられたゲート電極と、を備え、
前記第2のSiC領域と前記第3のSiC領域との境界は、前記第1のトレンチの前記側面の側方に在り、
前記境界は、第1の領域を備え、前記第1の領域は前記SiC層の前記表面からの距離が前記第1のトレンチから離れるにしたがって大きくなり、前記第1のトレンチの前記側面から前記第1の領域の前記第1のトレンチの側の端部までの距離が0μm以上0.3μm以下であり、
前記ゲート電極の前記底面の側の端部を含み前記表面に平行な仮想平面と、前記第2のSiC領域との間の前記側面に沿った第1の距離は、前記第3のSiC領域と前記第1のSiC領域との間の前記側面に沿った第2の距離の2分の1よりも大きい半導体装置。
A SiC substrate;
A SiC layer provided on the SiC substrate and having a first trench having a side surface and a bottom surface on a surface side;
A first conductivity type first SiC region provided in the SiC layer;
A second SiC region of a second conductivity type provided between the first SiC region and the SiC substrate in the SiC layer;
A third SiC region of a first conductivity type provided between the second SiC region and the SiC substrate in the SiC layer;
A gate insulating film provided on the side surface and the bottom surface of the first trench;
A gate electrode provided with the gate insulating film between the first SiC region, the second SiC region, and the third SiC region;
The boundary between the second SiC region and the third SiC region is on the side of the side surface of the first trench,
The boundary includes a first region, and the first region increases as the distance from the surface of the SiC layer increases from the first trench, and from the side surface of the first trench. The distance to the end of the region 1 on the first trench side is 0 μm or more and 0.3 μm or less;
The first distance along the side surface between the virtual plane including the end on the bottom surface side of the gate electrode and parallel to the surface and the second SiC region is the third SiC region. A semiconductor device that is greater than one-half of a second distance along the side surface between the first SiC region.
前記第1の領域が前記第1のトレンチの前記側面に接する請求項1記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the first region is in contact with the side surface of the first trench. 前記境界が、前記SiC層の前記表面に略平行な第2の領域を備え、前記第1の領域と前記第1のトレンチとの間に前記第2の領域が設けられ、前記第2の領域が前記第1のトレンチの前記側面に接する請求項1記載の半導体装置。   The boundary includes a second region substantially parallel to the surface of the SiC layer, the second region is provided between the first region and the first trench, and the second region 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein is in contact with the side surface of the first trench. 前記第1の領域は前記表面に対して第1の傾斜角を有し、前記第1の傾斜角が15度以上70度以下である請求項1乃至請求項3いずれか一項記載の半導体装置。   4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first region has a first inclination angle with respect to the surface, and the first inclination angle is not less than 15 degrees and not more than 70 degrees. . 前記第1の領域は前記表面に対して第1の傾斜角を有し、前記第1の傾斜角が15度以上60度以下である請求項1乃至請求項3いずれか一項記載の半導体装置。   4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first region has a first inclination angle with respect to the surface, and the first inclination angle is not less than 15 degrees and not more than 60 degrees. . 前記境界が、前記表面に略平行な第3の領域を備え、前記第3の領域と前記第1のトレンチとの間に前記第1の領域が設けられる請求項1乃至請求項5いずれか一項記載の半導体装置。   The boundary is provided with a third region substantially parallel to the surface, and the first region is provided between the third region and the first trench. A semiconductor device according to item. 前記境界が、前記表面に略垂直な第4の領域を備え、前記第4の領域と前記第1のトレンチとの間に前記第1の領域が設けられる請求項1乃至請求項6いずれか一項記載の半導体装置。   The boundary is provided with a fourth region that is substantially perpendicular to the surface, and the first region is provided between the fourth region and the first trench. A semiconductor device according to item. 前記ゲート絶縁膜が酸化膜である請求項1乃至請求項7いずれか一項記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the gate insulating film is an oxide film. 前記第1のトレンチの前記底面の上の前記ゲート絶縁膜の膜厚が、前記第1のトレンチの前記側面の上の前記ゲート絶縁膜の膜厚よりも厚い請求項1乃至請求項8いずれか一項記載の半導体装置。   The film thickness of the gate insulating film on the bottom surface of the first trench is larger than the film thickness of the gate insulating film on the side surface of the first trench. The semiconductor device according to one item. 前記SiC層内に前記第1のSiC領域の側方に設けられ、前記第2のSiC領域よりも第2導電型の不純物の濃度の高い第2導電型の第4のSiC領域を、更に備える請求項1乃至請求項9いずれか一項記載の半導体装置。   A second conductivity type fourth SiC region provided in a side of the first SiC region in the SiC layer and having a second conductivity type impurity concentration higher than that of the second SiC region; The semiconductor device according to claim 1. 前記SiC層内に前記第1のトレンチの前記底面と前記第3のSiC領域との間に設けられ、前記底面に接する第2導電型の第5のSiC領域を、更に備える請求項1乃至請求項10いずれか一項記載の半導体装置。   2. The fifth SiC region of a second conductivity type provided between the bottom surface of the first trench and the third SiC region in the SiC layer and in contact with the bottom surface. Item 11. The semiconductor device according to any one of Items 10. 第1の電極と、
前記第1の電極との間に前記SiC層と前記SiC基板とが設けられた第2の電極と、を更に備え、
前記SiC層が、前記表面の側に第2のトレンチを有し、
前記第1のトレンチと前記第2のトレンチとの間に前記第1のSiC領域が設けられ、前記第1の電極が前記第2のトレンチ内に設けられる請求項1乃至請求項9、請求項11いずれか一項記載の半導体装置。
A first electrode;
A second electrode in which the SiC layer and the SiC substrate are provided between the first electrode and the first electrode;
The SiC layer has a second trench on the surface side;
10. The first to ninth embodiments, wherein the first SiC region is provided between the first trench and the second trench, and the first electrode is provided in the second trench. 11. The semiconductor device according to any one of 11 above.
前記SiC層内に前記第2のトレンチの底面と前記第3のSiC領域との間に設けられ、前記第2のSiC領域よりも第2導電型の不純物の濃度の高い第2導電型の第4のSiC領域を、更に備える請求項12記載の半導体装置。   The second conductivity type second layer is provided in the SiC layer between the bottom surface of the second trench and the third SiC region, and has a second impurity concentration higher than that of the second SiC region. The semiconductor device according to claim 12, further comprising four SiC regions. 前記第2のSiC領域の前記境界の部分の内角が90度以上である請求項1乃至請求項13いずれか一項記載の半導体装置。   The semiconductor device according to any one of claims 1 to 13, wherein an inner angle of the boundary portion of the second SiC region is 90 degrees or more. 前記境界は角度が90度以下の屈曲部を備えない請求項1乃至請求項13いずれか一項記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the boundary does not include a bent portion having an angle of 90 degrees or less. 前記第1導電型がn型である請求項1乃至請求項15いずれか一項記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the first conductivity type is an n-type. 前記SiC基板が第1導電型である請求項1乃至請求項16いずれか一項記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the SiC substrate is of a first conductivity type. 前記SiC基板が第2導電型である請求項1乃至請求項16いずれか一項記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the SiC substrate is of a second conductivity type. SiC基板と、
前記SiC基板の上に設けられ、側面と底面とを有する第1のトレンチを表面の側に有するSiC層と、
前記SiC層内に設けられた第1導電型の第1のSiC領域と、
前記SiC層内に前記第1のSiC領域と前記SiC基板との間に設けられた第2導電型の第2のSiC領域と、
前記SiC層内に前記第2のSiC領域と前記SiC基板との間に設けられた第1導電型の第3のSiC領域と、
前記第1のトレンチの前記側面の上及び前記底面の上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記第1のSiC領域、前記第2のSiC領域、及び、前記第3のSiC領域との間に前記ゲート絶縁膜が設けられたゲート電極と、を備え、
前記第2のSiC領域と前記第3のSiC領域との境界は、前記第1のトレンチの前記側面の側方に在り、
前記境界は、第1の領域を備え、前記第1の領域は前記第1のトレンチから近い第1の点と前記第1のトレンチから遠い第2の点を有し、前記第2の点と前記SiC層の前記表面との間の距離が、前記第1の点と前記SiC層の前記表面との間の距離よりも大きく、前記第1のトレンチの前記側面から前記第1の領域の前記第1のトレンチの側の端部までの距離が0μm以上0.3μm以下であり、
前記ゲート電極の前記底面の側の端部を含み前記表面に平行な仮想平面と、前記第2のSiC領域との間の前記側面に沿った第1の距離は、前記第3のSiC領域と前記第1のSiC領域との間の前記側面に沿った第2の距離の2分の1よりも大きい半導体装置。
A SiC substrate;
A SiC layer provided on the SiC substrate and having a first trench having a side surface and a bottom surface on a surface side;
A first conductivity type first SiC region provided in the SiC layer;
A second SiC region of a second conductivity type provided between the first SiC region and the SiC substrate in the SiC layer;
A third SiC region of a first conductivity type provided between the second SiC region and the SiC substrate in the SiC layer;
A gate insulating film provided on the side surface and the bottom surface of the first trench;
A gate electrode provided with the gate insulating film between the first SiC region, the second SiC region, and the third SiC region;
The boundary between the second SiC region and the third SiC region is on the side of the side surface of the first trench,
The boundary comprises a first region, the first region having a first point near the first trench and a second point far from the first trench, and the second point The distance between the surface of the SiC layer is greater than the distance between the first point and the surface of the SiC layer, and the distance from the side surface of the first trench The distance to the end portion on the first trench side is 0 μm or more and 0.3 μm or less,
The first distance along the side surface between the virtual plane including the end on the bottom surface side of the gate electrode and parallel to the surface and the second SiC region is the third SiC region. A semiconductor device that is greater than one-half of a second distance along the side surface between the first SiC region.
SiC基板と、
前記SiC基板の上に設けられ、側面と底面とを有する第1のトレンチを表面の側に有するSiC層と、
前記SiC層内に設けられた第1導電型の第1のSiC領域と、
前記SiC層内に前記第1のSiC領域と前記SiC基板との間に設けられた第2導電型の第2のSiC領域と、
前記SiC層内に前記第2のSiC領域と前記SiC基板との間に設けられた第1導電型の第3のSiC領域と、
前記第1のトレンチの前記側面の上及び前記底面の上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記第1のSiC領域、前記第2のSiC領域、及び、前記第3のSiC領域との間に前記ゲート絶縁膜が設けられたゲート電極と、を備え、
前記第2のSiC領域と前記第3のSiC領域との境界は、前記第1のトレンチの前記側面の側方に在り、
前記境界は、第1の領域を備え、前記第1の領域は前記第1のトレンチから近い第1の点と前記第1のトレンチから遠い第2の点を有し、前記第2の点と前記SiC基板の裏面との間の距離が、前記第1の点と前記SiC基板の前記裏面との間の距離よりも小さく、前記第1のトレンチの前記側面から前記第1の領域の前記第1のトレンチの側の端部までの距離が0μm以上0.3μm以下であり、
前記ゲート電極の前記底面の側の端部を含み前記表面に平行な仮想平面と、前記第2のSiC領域との間の前記側面に沿った第1の距離は、前記第3のSiC領域と前記第1のSiC領域との間の前記側面に沿った第2の距離の2分の1よりも大きい半導体装置。
A SiC substrate;
A SiC layer provided on the SiC substrate and having a first trench having a side surface and a bottom surface on a surface side;
A first conductivity type first SiC region provided in the SiC layer;
A second SiC region of a second conductivity type provided between the first SiC region and the SiC substrate in the SiC layer;
A third SiC region of a first conductivity type provided between the second SiC region and the SiC substrate in the SiC layer;
A gate insulating film provided on the side surface and the bottom surface of the first trench;
A gate electrode provided with the gate insulating film between the first SiC region, the second SiC region, and the third SiC region;
The boundary between the second SiC region and the third SiC region is on the side of the side surface of the first trench,
The boundary comprises a first region, the first region having a first point near the first trench and a second point far from the first trench, and the second point The distance between the back surface of the SiC substrate is smaller than the distance between the first point and the back surface of the SiC substrate, and the first region of the first region from the side surface of the first trench. The distance to the end of one trench side is not less than 0 μm and not more than 0.3 μm,
The first distance along the side surface between the virtual plane including the end on the bottom surface side of the gate electrode and parallel to the surface and the second SiC region is the third SiC region. A semiconductor device that is greater than one-half of a second distance along the side surface between the first SiC region.
前記第2の距離は0.1μm以上0.6μm以下である請求項1乃至請求項20いずれか一項記載の記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the second distance is not less than 0.1 μm and not more than 0.6 μm. 前記SiC層の前記表面の側に設けられた第1の電極と、
前記第1の電極との間に前記SiC層と前記SiC基板とが設けられた第2の電極と、
前記SiC層内に前記第1のSiC領域の側方に設けられ、前記第2のSiC領域よりも第2導電型の不純物の濃度の高い第2導電型の第4のSiC領域を、更に備え、
前記第2の電極と前記第1のトレンチとの間の最小距離が、前記第2の電極と前記第2のSiC領域との間の最小距離よりも大きく、
前記第1の電極と、前記第2のSiC領域と前記第4のSiC領域との境界との間の前記表面に垂直な方向の第3の距離が、前記第2のSiC領域と前記第4のSiC領域との境界と、前記第2のSiC領域と前記第3のSiC領域との境界との間の前記表面に垂直な方向の第4の距離よりも小さい請求項1、請求項19又は請求項20記載の半導体装置。
A first electrode provided on the surface side of the SiC layer;
A second electrode in which the SiC layer and the SiC substrate are provided between the first electrode and the first electrode;
A second conductivity type fourth SiC region provided in a side of the first SiC region in the SiC layer and having a second conductivity type impurity concentration higher than that of the second SiC region; ,
A minimum distance between the second electrode and the first trench is greater than a minimum distance between the second electrode and the second SiC region;
A third distance in a direction perpendicular to the surface between the first electrode and the boundary between the second SiC region and the fourth SiC region is a second distance between the second SiC region and the fourth SiC region. The first distance is smaller than a fourth distance in a direction perpendicular to the surface between the boundary with the SiC region and the boundary between the second SiC region and the third SiC region. 21. The semiconductor device according to claim 20.
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