[發明專利]半導體裝置

有效

• 申請號: 201680080286.6
• 申請日: 2016-11-22
• 公開（公告）號: CN108604598B
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 福井裕;菅原勝俊;日野史郎;小西和也;足立亙平
• 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;H01L29/06
• 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

柵極連接層(14)具有隔著柵極絕緣膜(7)配置于外部溝槽(TO)上的部分。第1主電極(10)具有：主觸點(CS)，在活性區域(30)內與阱區域(4)和第1雜質區域(5)電連接；以及外部觸點(CO)，與活性區域(30)相離而與外部溝槽(TO)的底面相接。溝槽底面電場緩和區域(13)設置于漂移層(3)內。溝槽底面高濃度區域(18)具有比溝槽底面電場緩和區域(13)的雜質濃度高的雜質濃度，設置于溝槽底面電場緩和區域(13)上，從隔著柵極絕緣膜(7)與柵極連接層(14)相向的位置延伸至與第1主電極(10)的外部觸點(CO)相接的位置。

技術領域

本發明涉及半導體裝置，特別涉及溝槽柵極型半導體裝置。

背景技術

功率電子設備為了驅動電氣馬達等負載，需要切換電力供給的執行和停止。因此，使用MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金屬氧化物半導體場效應晶體管)或者IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極晶體管)等半導體開關元件。半導體開關元件的電流路徑具備縱型構造或者橫型構造。在縱型構造中，在縱向即厚度方向上確保耐電壓，從而易于得到高的耐電壓。作為開關構造，經常采用具有絕緣柵極構造的構造，其種類有平面型以及溝槽柵極型。溝槽柵極型通過溝道密度的提高而易于得到低的導通電阻。以上，經常采用縱型且溝槽柵極型的開關元件。作為用于開關元件的半導體材料，典型而言使用硅(Si)，另外近年來還使用以碳化硅(SiC)為代表的寬帶隙半導體。

根據國際公開第98/35390號(專利文獻1)，公開了使用SiC的縱型且溝槽柵極型的MOSFET。在MOSFET的溝槽的壁部以及底部上，設置有溝槽氧化物(柵極絕緣膜)。在柵極氧化膜下的區域，設置有具有與源極以及漏極的導電類型相反的導電類型的保護區域(電場緩和區域)。根據該文獻，通過保護區域，保護柵極氧化膜免于施加到漏極的大電壓所引起的劣化或者絕緣破損。

如上所述，已知在縱型且溝槽柵極型的開關元件設置用于保護柵極絕緣膜的電場緩和區域。通過該構造，在開關元件的截止狀態下耗盡層從電場緩和區域向漂移層延伸。通過該耗盡層，能夠減少施加到柵極溝槽的底面上的柵極絕緣膜的電場。與使用Si的開關元件相比，該作用對使用SiC的開關元件特別有用。其原因為，在使用SiC的情況下，開關元件的絕緣破損特別易于發生于柵極絕緣膜而并非作為半導體區域的SiC區域中。其原因在于，由于SiC的雪崩電場強度比Si的雪崩電場強度高10倍左右，所以在使用SiC作為半導體區域的情況下，柵極絕緣膜易于比半導體區域先產生絕緣破損。

在位于半導體元件的活性區域的內側的柵極溝槽，上述電場緩和效果不僅能夠從對其設置的電場緩和區域得到，還能夠從對與其鄰接的柵極溝槽設置的電場緩和區域得到。另一方面，在位于活性區域的最外周的柵極溝槽，得不到這樣的追加的效果。因此，存在在活性區域的最外周柵極絕緣膜易于破損這樣的脆弱性。

根據國際公開第2015/015808號(專利文獻2)，研究了鑒于上述課題的半導體裝置的構造。具體而言，在活性區域設置溝槽，進而在活性區域的周圍的終端區域以包圍上述溝槽的方式形成終端溝槽。不僅在活性區域處的溝槽、在終端溝槽的下部也設置保護擴散層(電場緩和區域)。由此，位于活性區域的最外周的柵極溝槽中的上述脆弱性被消除。也可以對保護擴散層經由接觸孔連接源電極，以下說明該情況下的效果。

在碳化硅半導體裝置進行開關動作時，以開關周期切換導通狀態和截止狀態。在截止狀態下，從保護擴散層起載流子擴散而耗盡層擴展，在成為導通狀態時，擴散的載流子返回到原來的狀態。如果在成為導通狀態時載流子的返回慢，則相應地開關速度降低而開關損失增加。由于保護擴散層與源電極連接，通過源極電位而載流子被拉回到保護擴散層，所以開關損失被抑制。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：國際公開第98/35390號

專利文獻2：國際公開第2015/015808號