[发明专利]半导体装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体装置，特别涉及一种碳化硅(SiC)金属氧化膜半导体场效应晶体管(MOSFET)。

背景技术

纵型SiC功率MOSFET在耐压方面比纵型Si功率器件优异，作为能够以大电流驱动的器件而备受期待。参照图7对现有的纵型SiC功率MOSFET的构造进行说明。图7示意性地表示现有的纵型SiC功率MOSFET100的一方向(x方向)的剖面。SiC功率MOSFET100在与图7的纸面垂直的方向(y方向)也具有相同构造，具有点划线所夹的构造的单元部件(unit cell)U在x方向和y方向二维排列。

各单元部件U具备：SiC半导体基板102、和设置在SiC半导体基板102上的n型漂移层103。在漂移层103的内部，从表面103s向内部设有P型阱104a。在阱104a内，还设有n型源极区域105以及p型接触区域104a。源极区域105以及接触区域104b与设在漂移层103表面103s的源极电极106欧姆连接。以覆盖在漂移层103的表面103s露出的阱104a以及没有设置阱104a的漂移层103的表面的方式，设置栅极绝缘膜107a，在栅极绝缘膜107a上设置栅极电极108。在SiC半导体基板102的未设置漂移层103的一侧表面，设有漏极电极101，与半导体基板102欧姆连接。

在纵型SiC功率MOSFET100的单元部件U中，当对栅极电极108施加电压时，在与位于栅极电极108下方的阱104a的栅极绝缘膜107a的界面近旁形成作为沟道的反转层。因此，如虚线所示，从源极电极106注入的电子通过阱104a内的反转层在漂移层103中在其厚度方向上移动，通过SiC半导体基板102到达漏极电极101。因此，根据施加于栅极电极108的电压，能够控制流过漏极电极101和源极电极106的电流。

如前所述，单元部件U在与纸面垂直的y方向具有相同构造。因此，当从漂移层103的表面103s观察时，阱104a具有矩形形状。图8是示意地表示SiC功率MOSFET100中的单元部件U的配置的立体图。为了容易理解，在与相邻单元部件之间设有间隙来表示。此外，图8中仅表示各单元部件U的阱104a。由虚线箭头表示电子的流动。

如参照图7所说明的那样，在SiC功率MOSFET的各单元部件中，电子在与相邻的单元部件U的边界附近从漂移层103的表面103s向SiC半导体基板102的厚度方向移动。因此，作为纵型SiC功率MOSFET100整体，电子在阱104a之间在漂移层103或SiC半导体基板102的厚度方向移动。这样，源极电极106和漏极电极101在漂移层103或SiC半导体基板102的厚度方向相隔而设，由于作为载流子的电子在厚度方向移动，因此称为“纵型”。

在纵型SiC功率MOSFET100的单元部件U中，沟道形成在矩形的阱104a的外周近旁。因此，在漂移层103的表面103s，规定阱104的4个边的长度之和为栅极宽度。在这种构造的纵型SiC功率MOSFET100中，单元部件U越小，则总栅极宽度越长。

如图9所示，当单元部件U1的一边为W时，栅极宽度为4W。另一方面，当考虑一边为W/2的单元部件U2时，能够在与单元部件U1相同的面积上形成4个单元部件U2，因为各单元部件U2的栅极宽度为2W，因此总栅极宽度为8W。因而，通过减小单元部件，能够提高每单元面积的电流量即电流密度。

根据这些理由，在纵型SiC功率MOSFET中试图尽量减小单元部件。其中，如图7所示，由于需要在阱104a内形成源极区域105或接触区域104b，因此为了维持这些区域的形成精度，不能过度减小阱104a。因而，缩短阱104a之间的距离成为了纵型SiC功率MOSFET中重要的课题。

另一方面，为了以大电流驱动纵型SiC功率MOSFET，降低导通电阻也是很重要的。纵型SiC功率MOSFET的导通电阻，由源极接触电阻、源极薄片电阻、沟道电阻、JFET电阻、漂移电阻、基板电阻以及漏极接触电阻之和构成。在这些电阻之中，有效地降低沟道电阻以及JFET电阻是关键。