[发明专利]半导体装置

说明书

层间绝缘膜(6)以比栅极绝缘膜(305)的厚度大的厚度覆盖带状栅电极(204S)，设置有带状沟槽(TS)的外侧的第1接触孔(CH1)、和带状沟槽(TS)内的第2接触孔(CH2)。在俯视时，存在在长度方向上延伸的活性带状区域(RA)以及接触带状区域(RC)。在与长度方向垂直的方向上交替反复配置有活性带状区域(RA)和接触带状区域(RC)。在活性带状区域(RA)中，源电极(5)经由第1接触孔(CH1)与源极区域(303)连接。在接触带状区域中，源电极(5)经由第2接触孔(CH2)与保护扩散层(306)连接。

技术领域

本发明涉及半导体装置，特别涉及沟槽栅型的电力用半导体装置。

背景技术

在功率电子设备中，作为控制向马达等负载的电力供给的开关元件，广泛使用IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)以及MOSFET(MetalOxide Semiconductor Field Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)等绝缘栅型半导体装置。鉴于节能，开关元件的电力损耗最好小。在表示该损耗的指标中有导通电阻。导通电阻表示MOSFET成为导通时的漏极-源极之间的电气电阻。作为适合于降低导通电阻的开关元件，有具有埋入到半导体层的栅电极的沟槽栅型MOSFET。沟槽栅型MOSFET比通常的平面型MOSFET能够增大沟道宽度密度。因此，能够减小每单位面积的导通电阻。

另一方面，作为下一代的开关元件用的半导体材料，碳化硅(SiC)等宽能带隙半导体得到瞩目，特别是有望向处置1kV程度或者其以上的高电压的技术领域的应用。作为宽能带隙半导体，除了SiC以外，还有例如氮化镓(GaN)系材料、金刚石等。

开关元件被用于逆变器电路等。为了使这些电路小型化，需要提高动作频率、即令开关元件高速动作。SiC-MOSFET相比于以往广泛使用的Si-IGBT，能够实现几倍的高速动作。从这个方面，也认为宽能带隙半导体是很有前途的。另外，在沟槽栅型MOSFET中应用如SiC那样的具有六方晶系的晶体构造的半导体材料的情况下，优选使其电流路径的方向与载流子迁移率高的a轴方向一致。由此，期待导通电阻的大幅降低。

但是，在电力控制用的沟槽栅型MOSFET中，存在由于电场集中到沟槽底部而栅极氧化膜易于破坏这样的问题。在栅极氧化膜被破坏的情况下，其元件丧失作为MOSFET的动作。因此，研究在沟槽栅型MOSFET中，避免向沟槽底部的电场集中的技术。特别地，广泛已知在沟槽底部设置具有与基板的导电类型相反的导电类型的保护扩散层的技术。该技术虽然对电场集中的缓和有效，但从开关的观点来说不充分。以下，对其进行说明。

在由于MOSFET从导通状态切换到截止状态而高电压被切断时，耗尽层在保护扩散层与基板之间延伸，从而电流路径被切断。相反地，在从截止状态向导通状态的切换时，通过耗尽层缩小而电流路径被打开。该切换时的耗尽层的响应速度由少数载流子的寿命时间来控制。该时间是比开关时间长的时间，所以在单纯地配置有保护扩散层的情况下，无法得到充分快的开关速度。

在专利文献1中，示出了为了提高开关速度，将保护扩散层沿着沟槽与基区连接，从而使保护扩散层与源电极电连接。在该情况下，耗尽层的响应速度并非由少数载流子的寿命决定，而是由直至少数载流子被抽出到源电极为止的时间决定。该时间相对少数载流子的寿命短，所以通过专利文献1的技术，得到开关速度提高的效果。但是，少数载流子的抽出所花费的时间依赖于从保护扩散层至源电极的电气电阻。在该技术中，特别是从保护扩散层至基区的电流路径窄，所以电阻变大。因此，在该技术中，开关速度的提高可能不充分。

在专利文献2中，示出了间隔剔除构成MOSFET的单元的一部分，经由间隔剔除的部分，连接保护扩散层和源电极。在该技术中，从保护扩散层至源电极的电流路径变宽，所以得到比专利文献1的技术高的效果。