[发明专利]半导体装置

说明书

栅极连接层(14)具有隔着栅极绝缘膜(7)配置于外部沟槽(TO)上的部分。第1主电极(10)具有：主触点(CS)，在活性区域(30)内与阱区域(4)和第1杂质区域(5)电连接；以及外部触点(CO)，与活性区域(30)相离而与外部沟槽(TO)的底面相接。沟槽底面电场缓和区域(13)设置于漂移层(3)内。沟槽底面高浓度区域(18)具有比沟槽底面电场缓和区域(13)的杂质浓度高的杂质浓度，设置于沟槽底面电场缓和区域(13)上，从隔着栅极绝缘膜(7)与栅极连接层(14)相向的位置延伸至与第1主电极(10)的外部触点(CO)相接的位置。

技术领域

本发明涉及半导体装置，特别涉及沟槽栅极型半导体装置。

背景技术

功率电子设备为了驱动电气马达等负载，需要切换电力供给的执行和停止。因此，使用MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)或者IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)等半导体开关元件。半导体开关元件的电流路径具备纵型构造或者横型构造。在纵型构造中，在纵向即厚度方向上确保耐电压，从而易于得到高的耐电压。作为开关构造，经常采用具有绝缘栅极构造的构造，其种类有平面型以及沟槽栅极型。沟槽栅极型通过沟道密度的提高而易于得到低的导通电阻。以上，经常采用纵型且沟槽栅极型的开关元件。作为用于开关元件的半导体材料，典型而言使用硅(Si)，另外近年来还使用以碳化硅(SiC)为代表的宽带隙半导体。

根据国际公开第98/35390号(专利文献1)，公开了使用SiC的纵型且沟槽栅极型的MOSFET。在MOSFET的沟槽的壁部以及底部上，设置有沟槽氧化物(栅极绝缘膜)。在栅极氧化膜下的区域，设置有具有与源极以及漏极的导电类型相反的导电类型的保护区域(电场缓和区域)。根据该文献，通过保护区域，保护栅极氧化膜免于施加到漏极的大电压所引起的劣化或者绝缘破损。

如上所述，已知在纵型且沟槽栅极型的开关元件设置用于保护栅极绝缘膜的电场缓和区域。通过该构造，在开关元件的截止状态下耗尽层从电场缓和区域向漂移层延伸。通过该耗尽层，能够减少施加到栅极沟槽的底面上的栅极绝缘膜的电场。与使用Si的开关元件相比，该作用对使用SiC的开关元件特别有用。其原因为，在使用SiC的情况下，开关元件的绝缘破损特别易于发生于栅极绝缘膜而并非作为半导体区域的SiC区域中。其原因在于，由于SiC的雪崩电场强度比Si的雪崩电场强度高10倍左右，所以在使用SiC作为半导体区域的情况下，栅极绝缘膜易于比半导体区域先产生绝缘破损。

在位于半导体元件的活性区域的内侧的栅极沟槽，上述电场缓和效果不仅能够从对其设置的电场缓和区域得到，还能够从对与其邻接的栅极沟槽设置的电场缓和区域得到。另一方面，在位于活性区域的最外周的栅极沟槽，得不到这样的追加的效果。因此，存在在活性区域的最外周栅极绝缘膜易于破损这样的脆弱性。

根据国际公开第2015/015808号(专利文献2)，研究了鉴于上述课题的半导体装置的构造。具体而言，在活性区域设置沟槽，进而在活性区域的周围的终端区域以包围上述沟槽的方式形成终端沟槽。不仅在活性区域处的沟槽、在终端沟槽的下部也设置保护扩散层(电场缓和区域)。由此，位于活性区域的最外周的栅极沟槽中的上述脆弱性被消除。也可以对保护扩散层经由接触孔连接源电极，以下说明该情况下的效果。

在碳化硅半导体装置进行开关动作时，以开关周期切换导通状态和截止状态。在截止状态下，从保护扩散层起载流子扩散而耗尽层扩展，在成为导通状态时，扩散的载流子返回到原来的状态。如果在成为导通状态时载流子的返回慢，则相应地开关速度降低而开关损失增加。由于保护扩散层与源电极连接，通过源极电位而载流子被拉回到保护扩散层，所以开关损失被抑制。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：国际公开第98/35390号

专利文献2：国际公开第2015/015808号