[發明專利]半導體裝置

有效

• 申請號: 201680059211.X
• 申請日: 2016-06-27
• 公開（公告）號: CN108140674B
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 菅原勝俊;田中梨菜;福井裕;足立亙平;小西和也
• 申請（專利權）人: 三菱電機株式會社
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/12;H01L29/423;H01L29/49
• 代理公司: 中國貿促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 金春實

層間絕緣膜(6)以比柵極絕緣膜(305)的厚度大的厚度覆蓋帶狀柵電極(204S)，設置有帶狀溝槽(TS)的外側的第1接觸孔(CH1)、和帶狀溝槽(TS)內的第2接觸孔(CH2)。在俯視時，存在在長度方向上延伸的活性帶狀區域(RA)以及接觸帶狀區域(RC)。在與長度方向垂直的方向上交替反復配置有活性帶狀區域(RA)和接觸帶狀區域(RC)。在活性帶狀區域(RA)中，源電極(5)經由第1接觸孔(CH1)與源極區域(303)連接。在接觸帶狀區域中，源電極(5)經由第2接觸孔(CH2)與保護擴散層(306)連接。

技術領域

本發明涉及半導體裝置，特別涉及溝槽柵型的電力用半導體裝置。

背景技術

在功率電子設備中，作為控制向馬達等負載的電力供給的開關元件，廣泛使用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極晶體管)以及MOSFET(MetalOxide Semiconductor Field Effect Transistor，金屬氧化物半導體場效應晶體管)等絕緣柵型半導體裝置。鑒于節能，開關元件的電力損耗最好小。在表示該損耗的指標中有導通電阻。導通電阻表示MOSFET成為導通時的漏極-源極之間的電氣電阻。作為適合于降低導通電阻的開關元件，有具有埋入到半導體層的柵電極的溝槽柵型MOSFET。溝槽柵型MOSFET比通常的平面型MOSFET能夠增大溝道寬度密度。因此，能夠減小每單位面積的導通電阻。

另一方面，作為下一代的開關元件用的半導體材料，碳化硅(SiC)等寬能帶隙半導體得到矚目，特別是有望向處置1kV程度或者其以上的高電壓的技術領域的應用。作為寬能帶隙半導體，除了SiC以外，還有例如氮化鎵(GaN)系材料、金剛石等。

開關元件被用于逆變器電路等。為了使這些電路小型化，需要提高動作頻率、即令開關元件高速動作。SiC-MOSFET相比于以往廣泛使用的Si-IGBT，能夠實現幾倍的高速動作。從這個方面，也認為寬能帶隙半導體是很有前途的。另外，在溝槽柵型MOSFET中應用如SiC那樣的具有六方晶系的晶體構造的半導體材料的情況下，優選使其電流路徑的方向與載流子遷移率高的a軸方向一致。由此，期待導通電阻的大幅降低。

但是，在電力控制用的溝槽柵型MOSFET中，存在由于電場集中到溝槽底部而柵極氧化膜易于破壞這樣的問題。在柵極氧化膜被破壞的情況下，其元件喪失作為MOSFET的動作。因此，研究在溝槽柵型MOSFET中，避免向溝槽底部的電場集中的技術。特別地，廣泛已知在溝槽底部設置具有與基板的導電類型相反的導電類型的保護擴散層的技術。該技術雖然對電場集中的緩和有效，但從開關的觀點來說不充分。以下，對其進行說明。

在由于MOSFET從導通狀態切換到截止狀態而高電壓被切斷時，耗盡層在保護擴散層與基板之間延伸，從而電流路徑被切斷。相反地，在從截止狀態向導通狀態的切換時，通過耗盡層縮小而電流路徑被打開。該切換時的耗盡層的響應速度由少數載流子的壽命時間來控制。該時間是比開關時間長的時間，所以在單純地配置有保護擴散層的情況下，無法得到充分快的開關速度。

在專利文獻1中，示出了為了提高開關速度，將保護擴散層沿著溝槽與基區連接，從而使保護擴散層與源電極電連接。在該情況下，耗盡層的響應速度并非由少數載流子的壽命決定，而是由直至少數載流子被抽出到源電極為止的時間決定。該時間相對少數載流子的壽命短，所以通過專利文獻1的技術，得到開關速度提高的效果。但是，少數載流子的抽出所花費的時間依賴于從保護擴散層至源電極的電氣電阻。在該技術中，特別是從保護擴散層至基區的電流路徑窄，所以電阻變大。因此，在該技術中，開關速度的提高可能不充分。

在專利文獻2中，示出了間隔剔除構成MOSFET的單元的一部分，經由間隔剔除的部分，連接保護擴散層和源電極。在該技術中，從保護擴散層至源電極的電流路徑變寬，所以得到比專利文獻1的技術高的效果。