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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024095141
(43)【公開日】2024-07-10
(54)【発明の名称】炭化珪素半導体装置
(51)【国際特許分類】
H01L 29/78 20060101AFI20240703BHJP
H01L 29/12 20060101ALI20240703BHJP
H01L 29/861 20060101ALI20240703BHJP
【ＦＩ】
H01L29/78 652S
H01L29/78 652T
H01L29/78 657D
H01L29/78 652F
H01L29/78 653A
H01L29/78 652J
H01L29/91 C
H01L29/91 F
H01L29/91 L
【審査請求】未請求
【請求項の数】20
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022212203
(22)【出願日】2022-12-28
(71)【出願人】
【識別番号】000005234
【氏名又は名称】富士電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000877
【氏名又は名称】弁理士法人ＲＹＵＫＡ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】馬場 正和
(57)【要約】 （修正有）
【課題】セルピッチを広げることなくショットキーバリアダイオードを内蔵し、寄生ｐｎダイオードのバイポーラ動作による経年劣化を防止する炭化珪素半導体装置を提供する。
【解決手段】炭化珪素半導体装置は、トランジスタ部７０及びダイオード部８０を備え、半導体基板１０と、半導体基板のおもて面に設けられた複数のトレンチ部４０と、半導体基板に設けられた第１導電型のドリフト領域１８と、ダイオード部におけるトレンチ部の側壁および底部を覆う第２導電型の第１トレンチボディ部６３と、を備える。トランジスタ部およびダイオード部は、複数のトレンチ部に挟まれたメサ部において、トレンチ部の延伸方向に沿って交互に配列される。
【選択図】図３Ｂ
【解決手段】炭化珪素半導体装置は、トランジスタ部７０及びダイオード部８０を備え、半導体基板１０と、半導体基板のおもて面に設けられた複数のトレンチ部４０と、半導体基板に設けられた第１導電型のドリフト領域１８と、ダイオード部におけるトレンチ部の側壁および底部を覆う第２導電型の第１トレンチボディ部６３と、を備える。トランジスタ部およびダイオード部は、複数のトレンチ部に挟まれたメサ部において、トレンチ部の延伸方向に沿って交互に配列される。
【選択図】図３Ｂ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
トランジスタ部およびダイオード部を備える炭化珪素半導体装置であって、
半導体基板と、
前記半導体基板のおもて面に設けられた複数のトレンチ部と、
前記半導体基板に設けられた第１導電型のドリフト領域と、
前記ダイオード部におけるトレンチ部の側壁および底部を覆う第２導電型領域と
を備え、
前記トランジスタ部および前記ダイオード部は、前記複数のトレンチ部に挟まれたメサ部において、前記トレンチ部の延伸方向に沿って交互に配列される、炭化珪素半導体装置。
半導体基板と、
前記半導体基板のおもて面に設けられた複数のトレンチ部と、
前記半導体基板に設けられた第１導電型のドリフト領域と、
前記ダイオード部におけるトレンチ部の側壁および底部を覆う第２導電型領域と
を備え、
前記トランジスタ部および前記ダイオード部は、前記複数のトレンチ部に挟まれたメサ部において、前記トレンチ部の延伸方向に沿って交互に配列される、炭化珪素半導体装置。
【請求項2】
前記トランジスタ部は、前記半導体基板のおもて面において、第１導電型のソース領域および第２導電型のコンタクト領域を有する、請求項１に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項3】
前記半導体基板の深さ方向において、前記ソース領域の厚さは、前記コンタクト領域の厚さよりも薄い、請求項２に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項4】
前記ドリフト領域の上方であって、前記ソース領域および前記コンタクト領域の下方に設けられた第２導電型のベース領域を備える、請求項２に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項5】
前記ベース領域の前記トレンチ部の延伸方向における幅は、前記コンタクト領域の前記トレンチ部の延伸方向における幅および前記ソース領域の前記トレンチ部の延伸方向における幅の合計よりも小さい、請求項４に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項6】
上面視において、前記ベース領域の面積は、前記コンタクト領域の面積および前記ソース領域の面積の合計よりも小さい、請求項４に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項7】
前記ベース領域は、前記半導体基板の前記おもて面において、前記ダイオード部における前記トレンチ部の側壁と接して設けられる、請求項４に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項8】
前記トレンチ部の延伸方向において、前記第２導電型領域と前記コンタクト領域とは直接接触している、請求項２に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項9】
前記メサ部において、前記トレンチ部の延伸方向に沿い、前記ベース領域の下端に接するように設けられた第２導電型のメサボディ領域を備える、請求項４に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項10】
前記メサボディ領域は、
前記トランジスタ部および前記ダイオード部に設けられた第１メサボディ部と、
前記トランジスタ部において前記第１メサボディ部の上方に設けられ、上端が前記ベース領域の下端と接する第２メサボディ部とを含み、
前記第１メサボディ部の上端は、前記トランジスタ部において前記第２メサボディ部の下端と接している、請求項９に記載の炭化珪素半導体装置。
前記トランジスタ部および前記ダイオード部に設けられた第１メサボディ部と、
前記トランジスタ部において前記第１メサボディ部の上方に設けられ、上端が前記ベース領域の下端と接する第２メサボディ部とを含み、
前記第１メサボディ部の上端は、前記トランジスタ部において前記第２メサボディ部の下端と接している、請求項９に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項11】
前記第１メサボディ部および前記第２メサボディ部のドーピング濃度は、前記ベース領域のドーピング濃度以上であり、前記コンタクト領域のドーピング濃度以下である、請求項１０に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項12】
前記第１メサボディ部および前記第２メサボディ部のドーピング濃度は、１×１０１８ｃｍ－３以上、４×１０１８ｃｍ－３以下である、請求項１０に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項13】
前記複数のトレンチ部の底部および側部を覆うように設けられ、前記ベース領域よりもドーピング濃度の高い第２導電型のトレンチボディ領域を備える、請求項４に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項14】
前記トレンチボディ領域は、
前記トランジスタ部および前記ダイオード部に設けられた第１トレンチボディ部と、
前記ダイオード部において前記第１トレンチボディ部の上方に設けられ、上端が前記ベース領域の下端と接する第２トレンチボディ部とを含み、
前記第１トレンチボディ部の上端は、前記ダイオード部において前記第２トレンチボディ部の下端と接するように設けられる、請求項１３に記載の炭化珪素半導体装置。
前記トランジスタ部および前記ダイオード部に設けられた第１トレンチボディ部と、
前記ダイオード部において前記第１トレンチボディ部の上方に設けられ、上端が前記ベース領域の下端と接する第２トレンチボディ部とを含み、
前記第１トレンチボディ部の上端は、前記ダイオード部において前記第２トレンチボディ部の下端と接するように設けられる、請求項１３に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項15】
前記第２導電型領域は、前記第１トレンチボディ部、前記第２トレンチボディ部、および前記ベース領域を含む、請求項１４に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項16】
前記第２導電型領域は、前記第１トレンチボディ部、前記第２トレンチボディ部、前記ベース領域、および前記コンタクト領域を含む、請求項１４に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項17】
前記トレンチ部の側壁において、前記第２導電型領域の厚さは０．１μｍ以上、０．３μｍ以下である、請求項１に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項18】
前記ベース領域は、前記半導体基板の前記おもて面において、前記ソース領域と前記トレンチ部との間に設けられる、請求項４に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項19】
前記トランジスタ部は、前記トレンチ部を挟んで前記ダイオード部と対向し、
前記ダイオード部は、前記トレンチ部を挟んで前記トランジスタ部と対向する、
請求項２から１８のいずれか一項に記載の炭化珪素半導体装置。
前記ダイオード部は、前記トレンチ部を挟んで前記トランジスタ部と対向する、
請求項２から１８のいずれか一項に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項20】
上面視において、前記トランジスタ部の面積は、前記ダイオード部の面積よりも大きい、請求項１９に記載の炭化珪素半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、炭化珪素半導体装置に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、「ソース・ドレイン間に寄生ｐｎダイオードに並列に寄生ショットキーダイオードを設け、ＭＯＳＦＥＴのオフ時に寄生ｐｎダイオードがオンする前に寄生ショットキーダイオードがオンするようにできる」と記載されている。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特開２０１８－１０７１６８号公報
［特許文献２］ 特開２０１９－１６０８９８号公報
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］ 特開２０１８－１０７１６８号公報
［特許文献２］ 特開２０１９－１６０８９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
セルピッチを広げることなくＭＯＳＦＥＴにショットキーバリアダイオードを内蔵し、寄生ｐｎダイオードのバイポーラ動作による経年劣化を防止しつつ、炭化珪素半導体装置の特性劣化を抑制することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【0004】
本発明の第１の態様においては、トランジスタ部およびダイオード部を備える炭化珪素半導体装置であって、半導体基板と、前記半導体基板のおもて面に設けられた複数のトレンチ部と、前記半導体基板に設けられた第１導電型のドリフト領域と、前記ダイオード部におけるトレンチ部の側壁および底部を覆う第２導電型領域とを備え、前記トランジスタ部および前記ダイオード部は、前記複数のトレンチ部に挟まれたメサ部において、前記トレンチ部の延伸方向に沿って交互に配列される、炭化珪素半導体装置を提供する。
【0005】
上記炭化珪素半導体装置において、前記トランジスタ部は、前記半導体基板のおもて面において、第１導電型のソース領域および第２導電型のコンタクト領域を有してよい。
【0006】
上記いずれかの炭化珪素半導体装置において、前記半導体基板の深さ方向において、前記ソース領域の厚さは、前記コンタクト領域の厚さよりも薄くてよい。
【0007】
上記いずれかの炭化珪素半導体装置において、前記ドリフト領域の上方であって、前記ソース領域および前記コンタクト領域の下方に設けられた第２導電型のベース領域を備えてよい。
【0008】
上記いずれかの炭化珪素半導体装置において、前記ベース領域の前記トレンチ部の延伸方向における幅は、前記コンタクト領域の前記トレンチ部の延伸方向における幅および前記ソース領域の前記トレンチ部の延伸方向における幅の合計よりも小さくてよい。
【0009】
上記いずれかの炭化珪素半導体装置において、上面視において、前記ベース領域の面積は、前記コンタクト領域の面積および前記ソース領域の面積の合計よりも小さくてよい。
【0010】
上記いずれかの炭化珪素半導体装置において、前記ベース領域は、前記半導体基板の前記おもて面において、前記ダイオード部における前記トレンチ部の側壁と接して設けられてよい。
【0011】
上記いずれかの炭化珪素半導体装置において、前記トレンチ部の延伸方向において、前記第２導電型領域と前記コンタクト領域とは直接接触していてよい。
【0012】
上記いずれかの炭化珪素半導体装置において、前記メサ部において、前記トレンチ部の延伸方向に沿い、前記ベース領域の下端に接するように設けられた第２導電型のメサボディ領域を備えてよい。
【0013】
上記いずれかの炭化珪素半導体装置において、前記メサボディ領域は、前記トランジスタ部および前記ダイオード部に設けられた第１メサボディ部と、前記トランジスタ部において前記第１メサボディ部の上方に設けられ、上端が前記ベース領域と接する第２メサボディ部とを含み、前記第１メサボディ部の上端は、前記トランジスタ部において前記第２メサボディ部の下端と接してよい。
【0014】
上記いずれかの炭化珪素半導体装置において、前記第１ボディ部および前記第２ボディ部のドーピング濃度は、前記ベース領域のドーピング濃度以上であってよく、前記コンタクト領域のドーピング濃度以下であってよい。
【0015】
上記いずれかの炭化珪素半導体装置において、前記第１ボディ部および前記第２ボディ部のドーピング濃度は、１×１０１８ｃｍ－３以上であってよく、４×１０１８ｃｍ－３以下であってよい。
【0016】
上記いずれかの炭化珪素半導体装置において、前記複数のトレンチ部の底部および側部を覆うように設けられ、前記ベース領域よりもドーピング濃度の高い第２導電型のトレンチボディ領域を備えてよい。
【0017】
上記いずれかの炭化珪素半導体装置において、前記トレンチボディ領域は、前記トランジスタ部および前記ダイオード部に設けられた第１トレンチボディ部と、前記ダイオード部において前記第１トレンチボディ部の上方に設けられ、前記ベース領域の下端と接する第２トレンチボディ部とを含み、前記第１トレンチボディ部の上端は、前記ダイオード部において前記第２トレンチボディ部の下端と接してよい。
【0018】
上記いずれかの炭化珪素半導体装置において、前記第２導電型領域は、前記第１トレンチボディ部、前記第２トレンチボディ部、および前記ベース領域を含んでよい。
【0019】
上記いずれかの炭化珪素半導体装置において、前記トレンチ部の側壁において、前記第２導電型領域の厚さは０．１μｍ以上であってよく、０．３μｍ以下であってよい。
【0020】
上記いずれかの炭化珪素半導体装置において、前記ベース領域は、前記半導体基板の前記おもて面において、前記ソース領域と前記トレンチ部との間に設けられてよい。
【0021】
上記いずれかの炭化珪素半導体装置において、前記トランジスタ部は、前記トレンチ部を挟んで前記ダイオード部と対向してよく、前記ダイオード部は、前記トレンチ部を挟んで前記トランジスタ部と対向してよい。
【0022】
上記いずれかの炭化珪素半導体装置において、上面視において、前記トランジスタ部の面積は、前記ダイオード部の面積よりも大きくてよい。
【0023】
なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】炭化珪素半導体装置１００の上面の一例を表す図である。
【図2A】炭化珪素半導体装置１００のＹＺ断面の一例を表す図である。
【図2B】炭化珪素半導体装置１００のＹＺ断面の一例を表す図である。
【図2C】炭化珪素半導体装置１００のＹＺ断面の一例を表す図である。
【図2D】炭化珪素半導体装置１００のＸＺ断面の一例を表す図である。
【図2E】炭化珪素半導体装置１００のＸＺ断面の一例を表す図である。
【図2F】炭化珪素半導体装置１００のＸＺ断面の一例を表す図である。
【図3A】炭化珪素半導体装置１００の上面の変形例を表す図である。
【図3B】炭化珪素半導体装置１００のＹＺ断面の変形例を表す図である。
【図4】炭化珪素半導体装置１００の上面の変形例を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【0026】
本明細書においては、半導体基板の深さ方向と平行な方向における一方の側を「上」、他方の側を「下」と称する。基板、層またはその他の部材の２つの主面のうち、一方の面を上面、他方の面を下面と称する。「上」、「下」、「おもて」、「裏」の方向は重力方向、または、半導体装置の実装時における基板等への取り付け方向に限定されない。
【0027】
本明細書では、Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸の直交座標軸を用いて技術的事項を説明する場合がある。本明細書では、半導体基板の上面と平行な面をＸＹ面とし、半導体基板の深さ方向をＺ軸とする。
【0028】
各実施例においては、第１導電型をＮ型、第２導電型をＰ型とした例を示しているが、第１導電型をＰ型、第２導電型をＮ型としてもよい。この場合、各実施例における基板、層、領域等の導電型は、それぞれ逆の極性となる。
【0029】
本明細書では、ＮまたはＰを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、ＮやＰに付す＋および－は、それぞれ、それが付されていない層や領域よりも高ドーピング濃度および低ドーピング濃度であることを意味する。
【0030】
図１は、炭化珪素半導体装置１００の上面の一例を表す図である。炭化珪素半導体装置１００は、高電圧および／または大電流を制御するパワー半導体装置であってよい。一例として、炭化珪素半導体装置１００は、ＭＯＳＦＥＴである。
【0031】
炭化珪素半導体装置１００は、半導体基板１０を有し、半導体基板１０において、活性部と、耐圧構造部（非図示）とを備える。本例の炭化珪素半導体装置１００は、活性部において、トランジスタ部７０と、ダイオード部８０とを備える。本例の炭化珪素半導体装置１００は、半導体基板１０のおもて面２１において、ソース領域１２と、ベース領域１４と、コンタクト領域１５と、ドリフト領域１８と、ゲートトレンチ部４０とを備える。
【0032】
半導体基板１０は、炭化珪素からなり、おもて面２１を有する。半導体基板１０は、エピタキシャル成長によって形成されてよい。一例として、半導体基板１０の結晶構造は、４Ｈ－ＳｉＣである。図１において、Ｘ軸は炭化珪素からなる半導体基板１０の［１１－２０］方向であってよく、Ｙ軸は半導体基板１０の［１－１００］方向であってよく、Ｚ軸は半導体基板１０の［０００－１］方向であってよい。
【0033】
活性部は、半導体基板１０に設けられる。活性部は、炭化珪素半導体装置１００の動作時に、主電流が流れる領域であってよい。一例として、活性部は、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）構造を有するが、これに限定されない。
【0034】
耐圧構造部は、半導体基板１０において、活性部の外周に設けられる。耐圧構造部は、半導体基板１０の上面側の電界集中を緩和してよい。一例として、耐圧構造部は、接合終端（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ、ＪＴＥ）構造を有する。変形例として、耐圧構造部は、ガードリング、フィールドプレート、リサーフおよびこれらを組み合わせた構造を有してよい。
【0035】
炭化珪素半導体装置１００の上面側には、トレンチ構造が形成されている。具体的には、半導体基板１０のおもて面２１において、複数のゲートトレンチ部４０が形成されている。
【0036】
ドリフト領域１８は、半導体基板１０に設けられた第１導電型の領域である。本例のドリフト領域１８は、一例としてＮ型である。ドリフト領域１８は、Ｎ型のドーパントをドーピングしながら、炭化珪素をエピタキシャル成長させることによって設けられてよい。Ｎ型のドーパントは、一例として窒素原子である。本例のドリフト領域１８のドーピング濃度は、後述するバッファ領域２４のドーピング濃度よりも低くてよい。
【0037】
ベース領域１４は、半導体基板１０のおもて面２１において、半導体基板１０の深さ方向に延伸して設けられた第２導電型の領域である。本例のベース領域１４は、一例としてＰ型である。ベース領域１４は、ダイオード部８０における半導体基板１０のおもて面２１において、ゲートトレンチ部４０の側壁と接して設けられる。ベース領域１４は、トランジスタ部７０において、ドリフト領域１８の上方であって、ソース領域１２およびコンタクト領域１５の下方に設けられる。
【0038】
ベース領域１４は、Ｐ型のドーパントをドーピングしながら、ドリフト領域１８の上方に炭化珪素をエピタキシャル成長させることによって設けられてよい。Ｐ型のドーパントは、一例としてアルミニウム原子である。本例のベース領域１４のドーピング濃度は、ドリフト領域１８のドーピング濃度よりも高くてよい。一例において、ベース領域１４のドーピング濃度は２×１０１６ｃｍ－３以上であってよく、２×１０１７ｃｍ－３以下であってよい。
【0039】
ソース領域１２は、半導体基板１０のおもて面２１に設けられた第１導電型の領域である。本例のソース領域１２は、一例としてＮ＋型である。ソース領域１２は、ゲートトレンチ部４０の側壁と接してよい。本例のソース領域１２は、ゲートトレンチ部４０の配列方向において、隣接する一方のゲートトレンチ部４０の側壁から他方のゲートトレンチ部４０の側壁まで延伸して設けられる。ソース領域１２は、ゲートトレンチ部４０を挟んでソース領域１２と対向して設けられてもよい。即ち、ソース領域１２は、上面視において、ゲートトレンチ部４０の配列方向にストライプ状に設けられてよい。一例では、ソース領域１２とゲートトレンチ部４０の側壁との間に、ベース領域１４が設けられてもよい。
【0040】
ソース領域１２は、半導体基板１０のおもて面２１にフォトレジスト等のマスクを形成し、半導体基板１０のおもて面２１からイオン注入を行うことで形成されてよい。ソース領域１２は、半導体基板１０のエピタキシャル層に形成されてよい。一例として、ソース領域１２を形成するためのドーパントは、リンまたは窒素であってよい。ソース領域１２は、１段階のイオン注入で形成されてよく、２段階以上のイオン注入で形成されてよい。
【0041】
本例のソース領域１２のドーピング濃度は、ドリフト領域１８のドーピング濃度よりも高くてよい。一例において、ソース領域１２のドーピング濃度は１×１０１８ｃｍ－３以上であってよく、１×１０２１ｃｍ－３以下であってよい。
【0042】
コンタクト領域１５は、半導体基板１０のおもて面２１に設けられた第２導電型の領域である。本例のコンタクト領域１５は、一例としてＰ＋型である。コンタクト領域１５は、ゲートトレンチ部４０の配列方向において、隣接する一方のゲートトレンチ部４０の側壁から他方のゲートトレンチ部４０の側壁まで延伸して設けられてよい。コンタクト領域１５は、ゲートトレンチ部４０を挟んでコンタクト領域１５と対向して設けられてもよい。即ち、コンタクト領域１５は、上面視において、ゲートトレンチ部４０の配列方向にストライプ状に設けられてよい。
【0043】
コンタクト領域１５は、半導体基板１０のおもて面２１にフォトレジスト等のマスクを形成し、半導体基板１０のおもて面２１からイオン注入を行うことで形成されてよい。コンタクト領域１５は、半導体基板１０のエピタキシャル層に形成されてよい。コンタクト領域１５を形成するためのドーパントは、アルミニウムまたはボロンであってよい。コンタクト領域１５は、１段階のイオン注入で形成されてよく、２段階以上のイオン注入で形成されてよい。
【0044】
本例のコンタクト領域１５のドーピング濃度は、ドリフト領域１８のドーピング濃度よりも高くてよく、ベース領域１４のドーピング濃度よりも高くてよい。一例において、コンタクト領域１５のドーピング濃度は１×１０１９ｃｍ－３以上であってよく、１×１０２０ｃｍ－３以下であってよい。
【0045】
図１に示したように、トランジスタ部７０において、ソース領域１２とコンタクト領域１５とが接していてよい。一例では、トランジスタ部７０において、ベース領域１４がソース領域１２とコンタクト領域１５との間に設けられることにより、ソース領域１２とコンタクト領域１５とが分離されていてよい。一例では、ソース領域１２とコンタクト領域１５とは、ゲートトレンチ部４０の延伸方向において、０μｍよりも大きく、０．２μｍ以下の幅で分離されていてよい。
【0046】
トランジスタ部７０は、半導体基板１０のおもて面２１にソース領域１２またはコンタクト領域１５が設けられた領域である。本例では、トランジスタ部７０はＭＯＳＦＥＴである。
【0047】
ダイオード部８０は、半導体基板１０のおもて面２１にソース領域１２またはコンタクト領域１５が設けられていない領域である。本例のダイオード部８０は、半導体基板１０のおもて面２１にショットキー接続を構成できる第１導電型の領域が設けられている。ショットキー接続を構成できる第１導電型の領域は、ドリフト領域１８であってよく、ドーパントをイオン注入して形成できる他の領域であってよい。ダイオード部８０において、半導体基板１０のおもて面２１にはベース領域１４が設けられてもよい。本例のダイオード部８０は、ショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）であってよい。
【0048】
図１の例では、トランジスタ部７０およびダイオード部８０は、複数のゲートトレンチ部４０に挟まれたメサ部において、トレンチ延伸方向（本例ではＸ軸方向）に沿って、交互に配置されている。他の例では、活性部には、トランジスタ部７０およびダイオード部８０の一方だけが設けられていてもよい。
【0049】
トランジスタ部７０およびダイオード部８０は、それぞれ配列方向に長手を有してよい。つまり、トランジスタ部７０のＹ軸方向における長さは、Ｘ軸方向における幅よりも大きい。同様に、ダイオード部８０のＹ軸方向における長さは、Ｘ軸方向における幅よりも大きい。トランジスタ部７０およびダイオード部８０の延伸方向と、ゲートトレンチ部４０の配列方向とは同一であってよい。
【0050】
図１のように、トランジスタ部７０およびダイオード部８０を隣接して配置することで、逆導通時にトランジスタ部７０にかかる電圧がダイオード部８０にクランプされ、トランジスタ部７０における寄生ダイオードがオンとなることを防ぐことができる。これにより、コンタクト領域１５およびベース領域１４からドリフト領域１８への正孔注入が低減され、再結合による積層欠陥の拡張が抑制されるので、積層欠陥拡張による炭化珪素半導体装置１００の特性劣化を抑制することができる。
【0051】
また、図１のようにトランジスタ部７０およびダイオード部８０をトレンチ延伸方向に沿って交互に配置することで、セルピッチ（隣接するゲートトレンチ部４０の間隔）を変更せずに、ダイオード部８０を内蔵することが可能になる。これにより、炭化珪素半導体装置１００におけるトランジスタ部７０とダイオード部８０との比率を細かく調節することができる。
【0052】
図２Ａは、図１におけるａ－ａ'線における炭化珪素半導体装置１００のＹＺ断面の一例を表す図である。図２Ａは、炭化珪素半導体装置１００の、上面視においてソース領域１２が設けられた領域のＹＺ断面図である。本例の炭化珪素半導体装置１００は、ソース領域１２と、ベース領域１４と、ドリフト領域１８と、バッファ領域２４と、絶縁膜３８と、ゲートトレンチ部４０と、ソース電極５２と、ドレイン電極５４と、メサボディ領域６０と、第１トレンチボディ部６３とを備える。
【0053】
バッファ領域２４は、半導体基板１０の裏面２３に設けられた第１導電型の領域である。バッファ領域２４は、ドリフト領域１８の下方に設けられる。本例のバッファ領域２４は、一例としてＮ＋型である。バッファ領域２４は、Ｎ＋型の炭化珪素からなる炭化珪素基板であってよい。
【0054】
ゲートトレンチ部４０は、半導体基板１０のおもて面２１に設けられる。ゲートトレンチ部４０は、ベース領域１４を貫通してドリフト領域１８に達して設けられてよい。ゲートトレンチ部４０がベース領域１４を貫通するとは、ベース領域１４を形成してからゲートトレンチ部４０を形成する順序で製造されたものに限定されない。ゲートトレンチ部４０を形成した後に、ゲートトレンチ部４０の側壁にベース領域１４を形成したものも、ゲートトレンチ部４０がベース領域１４を貫通したものに含まれる。ゲートトレンチ部４０の底部は、後述する第１トレンチボディ部６３によって覆われていてよい。
【0055】
ゲートトレンチ部４０は、ゲート絶縁膜４２およびゲート導電部４４を有する。ゲート絶縁膜４２は、ゲートトレンチ部４０の内壁を覆って形成される。ゲート絶縁膜４２は、ゲートトレンチ部４０の内壁の半導体を酸化することで形成されてよい。
【0056】
ゲート導電部４４は、ゲートトレンチ部４０の内部において、ゲート絶縁膜４２よりも内側に形成される。ゲート絶縁膜４２は、ゲート導電部４４と半導体基板１０とを絶縁する。ゲート導電部４４は、ポリシリコン等の導電材料で形成される。ゲートトレンチ部４０は、半導体基板１０のおもて面２１において絶縁膜３８によって覆われる。
【0057】
ソース電極５２は、ソース電位に設定され、絶縁膜３８を挟んで、半導体基板１０の上方に設けられる。ソース電極５２は、金属を含む材料で形成される。ソース電極５２は、バリアメタルを含んでよい。ソース電極５２の少なくとも一部の領域は、アルミニウム（Ａｌ）等の金属、または、アルミニウム‐シリコン合金（ＡｌＳｉ）、アルミニウム‐シリコン‐銅合金（ＡｌＳｉＣｕ）等の金属合金で形成されてよい。
【0058】
ドレイン電極５４は、半導体基板１０の裏面２３に形成される。ドレイン電極５４は、金属等の導電材料で形成される。
【0059】
第１トレンチボディ部６３は、ゲートトレンチ部４０の底部および側面の一部を覆うように、ゲートトレンチ部４０の下端に設けられた第２導電型の領域である。本例の第１トレンチボディ部６３は、一例としてＰ＋型である。第１トレンチボディ部６３を設けることで、炭化珪素半導体装置１００の耐圧を向上させることができる。
【0060】
メサボディ領域６０は、隣接するゲートトレンチ部４０の間のメサ部において、ベース領域１４の下端と接するように設けられた第２導電型の領域である。本例のメサボディ領域６０は、一例としてＰ＋型である。本例のメサボディ領域６０は、第１メサボディ部６１および第２メサボディ部６２を含む。メサボディ領域６０は、半導体基板１０のおもて面２１からの２段階のイオン注入を経て形成されてよく、１段階のイオン注入を経て形成されてよい。
【0061】
第１メサボディ部６１は、トランジスタ部７０およびダイオード部８０において、ベース領域１４の下端よりも下方に設けられる。第１メサボディ部６１は、上端が第２メサボディ部６２の下端と接するように設けられてよい。第１メサボディ部６１は、第１トレンチボディ部６３を形成する際、同時に形成されてよい。半導体基板１０の深さ方向において、第１メサボディ部６１は、第１トレンチボディ部６３と同一の深さに形成されてよく、異なる深さで形成されてもよい。第１メサボディ部６１の下端は、第１トレンチボディ部６３の下端より上方に設けられてよい。
【0062】
第２メサボディ部６２は、トランジスタ部７０において、ベース領域１４および第１メサボディ部６１の間に設けられる。第２メサボディ部６２は、上端がベース領域１４の下端と接するように設けられる。
【0063】
第１メサボディ部６１および第２メサボディ部６２のドーピング濃度は、ベース領域１４のドーピング濃度以上であってよくコンタクト領域１５のドーピング濃度以下であってよい。一例において、第１メサボディ部６１および第２メサボディ部６２のドーピング濃度は、１×１０１８ｃｍ－３以上であってよく、４×１０１８ｃｍ－３以下であってよい。
【0064】
炭化珪素半導体装置１００においてアバランシェが発生した際、動作電流よりも大きなアバランシェ電流がゲートトレンチ部４０に流れ込む場合がある。本例では、メサボディ領域６０を設けることで、アバランシェ電流がメサボディ領域６０を通っておもて面２１に流れることができ、アバランシェ電流がゲートトレンチ部４０に流れることを抑制できる。
【0065】
図２Ｂは、図１におけるｂ－ｂ'線における炭化珪素半導体装置１００のＹＺ断面の一例を表す図である。図２Ｂは、炭化珪素半導体装置１００の、上面視においてコンタクト領域１５が設けられた領域のＹＺ断面図である。図２Ｂを用いて、図２Ａとの相違点について説明する。
【0066】
図２Ｂにおいては、半導体基板１０のおもて面２１の全面にコンタクト領域１５が形成されている。コンタクト領域１５は、ゲートトレンチ部４０配列方向において、隣接する一方のゲートトレンチ部４０の側壁から他方のゲートトレンチ部４０の側壁まで延伸して設けられてよい。
【0067】
図２Ｂにおいては、コンタクト領域１５の下方の全面にベース領域１４が形成されているが、一例において、ベース領域１４は、ゲートトレンチ部４０の近傍にのみ設けられていればよい。ベース領域１４がコンタクト領域１５の下方の全面に設けられていなくても、後述する第２導電型領域１９とコンタクト領域１５とが接していれば、ダイオード部８０におけるアバランシェ電流が流れる経路を制限でき、ゲート絶縁膜４２の破損を防ぐことができる。
【0068】
接続領域６６は、トランジスタ部７０において、コンタクト領域１５の下方に設けられた第２導電型の領域である。本例の接続領域６６は、一例としてＰ＋型である。接続領域６６は、第１メサボディ部６１と、第１トレンチボディ部６３とを任意の箇所で接続してよい。接続領域は第１メサボディ部６１と同一の深さに形成されてよく、第１メサボディ部６１を形成する際、同時に形成されてよい。
【0069】
接続領域６６を設けることで、第１メサボディ部６３からメサボディ領域６０、ベース領域１４および、コンタクト領域１５を経由した電流経路を形成することができる。接続領域６６はトランジスタ部７０の任意の箇所で形成されてよく、例えばソース領域１２の下方に形成されてもよい。
【0070】
図２Ｃは、図１におけるｃ－ｃ'線における炭化珪素半導体装置１００のＹＺ断面の一例を表す図である。図２Ｃは、炭化珪素半導体装置１００の、ダイオード部８０におけるＹＺ断面図である。本例の炭化珪素半導体装置１００は、ベース領域１４と、ドリフト領域１８と、バッファ領域２４と、絶縁膜３８と、ゲートトレンチ部４０と、ソース電極５２と、ドレイン電極５４と、第１メサボディ部６１と、トレンチボディ領域６５とを備える。
【0071】
第２導電型領域１９は、ダイオード部８０において、ゲートトレンチ部４０の側壁および底面を覆うように設けられた第２導電型の領域である。第２導電型領域は、ベース領域１４と、トレンチボディ領域６５とを含む。第２導電型領域１９は、半導体基板１０のおもて面２１に露出するように設けられてよい。第２導電型領域１９は、半導体基板１０のおもて面２１において、絶縁膜３８と接してよい。第２導電型領域１９は、ベース領域１４の上方に接するように設けられたコンタクト領域１５を備えてもよい。即ち、第２導電型領域１９は、トランジスタ部７０において、ゲートトレンチ部４０の側壁および底面を覆うように設けられてもよい。コンタクト領域１５は、半導体基板１０のおもて面２１において、絶縁膜３８と接してよい。
【0072】
トレンチボディ領域６５は、ゲートトレンチ部４０の底部および側面の一部を覆うように、ゲートトレンチ部４０の下端に設けられた第２導電型の領域である。本例のトレンチボディ領域６５は、一例としてＰ＋型である。本例のトレンチボディ領域６５は、第１トレンチボディ部６３および第２トレンチボディ部６４を含む。トレンチボディ領域６５は、半導体基板１０のおもて面２１からの２段階のイオン注入を経て形成されてよく、１段階のイオン注入を経て形成されてよい。
【0073】
第１トレンチボディ部６３は、トランジスタ部７０およびダイオード部８０において、ベース領域１４の下端よりも下方に設けられる。第１トレンチボディ部６３は、第１メサボディ部６１を形成する際、同時に形成されてよい。第１トレンチボディ部６３はダイオード部８０において、上端が第２トレンチボディ部６４の下端と接するように設けられる。半導体基板１０の深さ方向において、第１トレンチボディ部６３は、第１メサボディ部６１と同一の深さに形成されてよく、異なる深さで形成されてもよい。
【0074】
第２トレンチボディ部６４は、ダイオード部８０において、ベース領域１４および第１トレンチボディ部６３の間に設けられる。第２トレンチボディ部６４は、上端がベース領域１４の下端と接するように設けられる。
【0075】
炭化珪素半導体装置１００においてアバランシェが発生した際、動作電流よりも大きなアバランシェ電流がゲートトレンチ部４０に流れ込む場合がある。本例では、第２導電型領域１９を設けることで、アバランシェ電流が第２導電型領域１９およびコンタクト領域１５を通っておもて面２１に流れることができ、アバランシェ電流がゲートトレンチ部４０に流れることを抑制できるので、ゲート導電部４４の破損を防ぐことができる。
【0076】
本例のダイオード部８０には、第１メサボディ部６１が設けられる。ダイオード部８０に第１メサボディ部６１が設けられることで、炭化珪素半導体装置１００の耐圧を向上させることができる。
【0077】
本例のダイオード部８０には、第２メサボディ部６２が設けられなくてよい。ダイオード部８０に第２メサボディ部６２が設けられないことで、ダイオード部８０における抵抗を低減させることができる。
【0078】
ゲートトレンチ部４０の側壁において、第２導電型領域１９のトレンチ配列方向における幅Ｗ１９は、半導体基板１０の深さ方向において均一であってよい。Ｗ１９は、ゲート絶縁膜４２の幅と同一であってよく、ゲート絶縁膜４２の幅よりも厚くてよい。一例では、Ｗ１９は０．１μｍ以上であってよく、０．３μｍ以下であってよい。
【0079】
【0080】
半導体基板１０の深さ方向において、ソース領域１２の厚さは、コンタクト領域１５の厚さよりも薄くてよい。半導体基板１０の深さ方向において、コンタクト領域１５の下端は、ソース領域１２の下端よりも深い位置に設けられてよい。ソース領域１２の厚さをコンタクト領域１５の厚さよりも薄くすることにより、ゲートトレンチ４０の側壁においてソース領域１２とドリフト領域１８の間にチャネルが形成されることを防ぐことができる。
【0081】
ベース領域１４のトレンチ延伸方向における幅は、コンタクト領域１５のトレンチ伸方向における幅およびソース領域１２のトレンチ延伸方向における幅の合計よりも小さくてよい。即ち、トレンチ延伸方向におけるベース領域１４の幅Ｗ１４と、コンタクト領域１５の幅Ｗ１５と、ソース領域１２の幅Ｗ１２との間には、Ｗ１４＜Ｗ１２＋２×Ｗ１５の関係が成立してよい。これにより、半導体基板１０のおもて面２１近傍における電界集中を緩和することができる。また、上面視において、ベース領域１４の面積は、コンタクト領域１５の面積およびソース領域１２の面積の合計よりも小さくてよい。
【0082】
【0083】
図２Ｅにおいて一点鎖線で表したように、炭化珪素半導体装置１００は、ダイオード部８０において第２導電型領域１９を備える。第２導電型領域１９は、ベース領域１４と、トレンチボディ領域６５とを含む。第２導電型領域１９は、ゲートトレンチ部４０の近傍において、ダイオード部８０の全面に設けられてよい。
【0084】
第２導電型領域１９は、トレンチ延伸方向において、隣接するコンタクト領域１５の両方と直接接触していてよい。第２導電型領域１９は、隣接するトランジスタ部７０の間に設けられたダイオード部８０のゲートトレンチ部４０の近傍において、一方のコンタクト領域１５から他方のコンタクト領域１５まで延伸して設けられてよい。これによりアバランシェ電流が第２導電型領域１９およびコンタクト領域１５を通っておもて面２１に流れることができ、アバランシェ電流がゲートトレンチ部４０に流れることを抑制できるので、ゲート導電部４４の破損を防ぐことができる。
【0085】
図２Ｆは、図１におけるｆ－ｆ'線における炭化珪素半導体装置１００のＸＺ断面の一例を表す図である。図２Ｆは、炭化珪素半導体装置１００の、メサボディ領域６０およびトレンチボディ領域６５を通らない領域のＸＺ断面図である。
【0086】
図２Ｆに示したように、ゲートトレンチ部４０の近傍におけるダイオード部８０およびＭＯＳＦＥＴとして動作するソース領域１２の下方では、高濃度の第２導電型の領域が設けられていない。このように、チャネルとなる領域に高濃度の第２導電型領域が設けられないよう設計することで、炭化珪素半導体装置１００の性質を損なうことなく、アバランシェ時におけるゲート導電部４４の破損回避や、ドレイン電極５４からソース電極５２への電流のリークを抑制するなどの効果を得ることができる。
【0087】
図２Ｆに示したように、接続領域６６がコンタクト領域１５の下方に設けられてもよい。この場合、ＭＯＳＦＥＴとして動作する領域のチャネルとなる領域に高濃度の第２導電型領域が形成されるが、接続領域６６の形成箇所を限定することで炭化珪素半導体装置１００の性質を損なうことを防ぐことができる。
【0088】
図３Ａは、炭化珪素半導体装置１００の上面の変形例を表す図である。図３Ａの実施例では、トランジスタ部７０が、ゲートトレンチ部４０を挟んでダイオード部８０と対向しており、ダイオード部８０が、ゲートトレンチ部４０を挟んでトランジスタ部７０と対向している構成となっている点で、図１の実施例と相違する。即ち、図３Ａのように、トランジスタ部７０とダイオード部８０とが千鳥構造で設けられてよい。
【0089】
トランジスタ部７０とダイオード部８０とを千鳥構造で設けることにより、トランジスタ部７０において寄生ダイオードがオンとなることを更に抑制することができる。これにより、より効率的に積層欠陥の拡張による炭化珪素半導体装置１００の特性劣化を抑制することができる。
【0090】
図３Ｂは、図３Ａのｇ－ｇ'線における炭化珪素半導体装置１００のＹＺ断面の一例を表す図である。図３Ｂは、図３Ａにおいて、トランジスタ部７０における半導体基板１０のおもて面２１にソース領域１２が設けられた領域のＹＺ断面図である。
【0091】
図３Ｂの例では、すべてのメサ部において第１メサボディ部６１が設けられており、すべてのゲートトレンチ部４０において第１トレンチボディ部６３が設けられている。一方で、第２メサボディ部６２はトランジスタ部７０においてのみ設けられており、ダイオード部８０では設けられていない。また、第２トレンチボディ部６４はダイオード部８０においてのみ設けられており、トランジスタ部７０では設けられていない。また、ダイオード部８０の第２導電型領域１９は、トランジスタ部７０のコンタクト領域１５と接してよい。また、トランジスタ部７０、もしくはダイオード部８０の任意の箇所で、接続領域６６を設けてもよい。これにより、効率的に積層欠陥の拡張による炭化珪素半導体装置１００の特性劣化を抑制しつつ、先に述べたアバランシェ電流の引き抜きなどを行う事ができる。
【0092】
図４は、炭化珪素半導体装置１００の上面の変形例を表す図である。図４の例では、トランジスタ部７０とダイオード部８０とが千鳥構造で設けられつつ、上面視において、トランジスタ部７０の面積が、ダイオード部８０の面積よりも大きくなっている点で、図３Ａと相違する。
【0093】
一例では、上面視におけるトランジスタ部７０の面積とダイオード部８０の面積との比率は２：１であってよく、３：１であってよく、４：１であってよい。トランジスタ部７０の面積をダイオード部８０の面積よりも大きくすることで、炭化珪素半導体装置１００のオン抵抗を低減させることができる。一例では、トランジスタ部７０の面積は、ダイオード部８０の面積よりも小さくてよい。
【0094】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【0095】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【0096】
１０・・・半導体基板、１２・・・ソース領域、１４・・・ベース領域、１５・・・コンタクト領域、１８・・・ドリフト領域、１９・・・第２導電型領域、２１・・・おもて面、２３・・・裏面、２４・・・バッファ領域、３８・・・絶縁膜、４０・・・ゲートトレンチ部、４２・・・ゲート絶縁膜、４４・・・ゲート導電部、５２・・・ソース電極、５４・・・ドレイン電極、６０・・・メサボディ領域、６１・・・第１メサボディ部、６２・・・第２メサボディ部、６３・・・第１トレンチボディ部、６４・・・第２トレンチボディ部、６５・・・トレンチボディ領域、６６・・・接続領域、７０・・・トランジスタ部、８０・・・ダイオード部、１００・・・炭化珪素半導体装置
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図2E】
【図2F】
【図3A】
【図3B】
【図4】