[发明专利]碳化硅半导体装置

说明书

本发明提供在高温下能提高基于栅极电压控制的电流控制性的碳化硅半导体装置。在p型基区(23)的比有源区靠外侧的p型基区延伸部(23’)设置p⁺型高浓度区(51)。在与半导体基板的正面平行的第一方向X上，在p⁺型高浓度区(51)与n⁺型源区(24)之间，以及在与半导体基板(10)的正面平行且与第一方向X正交的第二方向Y上在p⁺型高浓度区与最外侧的沟槽(26)之间的部分是构成p型基区延伸部(23’)的p型碳化硅外延层，且在半导体基板的正面(13a)露出。第一方向X上从p⁺型高浓度区到n⁺型源区的第一距离X1为0.6μm以上。第二方向Y上从p⁺型高浓度区到最外侧的沟槽的第二距离Y1为0.6μm以上。

技术领域

本发明涉及碳化硅半导体装置。

背景技术

碳化硅(SiC)作为比硅(Si)更能够实现高耐压、低通态电阻、低损耗、高速特性、高温特性等的半导体材料而备受期待。另外，在具备MOSFET(Metal Oxide SemiconductorField Effect Transistor：具备由金属-氧化膜-半导体这3层结构构成的绝缘栅的MOS型场效应晶体管)和/或IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)等MOS栅极结构的半导体装置中，采用沟槽栅极结构。

在沟槽栅极结构中，有在形成于半导体基板(半导体芯片)的正面的沟槽内埋入有MOS栅极的MOS栅极结构，其沿着沟槽的侧壁在与半导体基板的正面正交的方向形成有沟道(反转层)。因此，与沿着半导体基板的正面形成沟道的平面栅极结构相比，能够增加每单位面积的单位单元(元件的结构单元)密度，由于能够增加每单位面积的电流密度，所以在成本方面有利。平面栅极结构是在半导体基板的正面上平板状地设置了MOS栅极的MOS栅极结构。

以MOSFET为例对现有的碳化硅半导体装置(将碳化硅用作半导体材料的半导体装置)的结构进行说明。图21是表示从半导体基板的正面侧看现有的碳化硅半导体装置的布局的俯视图。图22是表示图21的切割线AA-AA’处的截面结构的截面图。在图22中示出有源区101与边缘终端区102之间的区域(以下记为边界区)103的截面结构。图23是放大地表示图21的一部分的俯视图。图24、图25是分别表示图23的切割线CC-CC’和切割线DD-DD’处的截面结构的截面图。

在图23中示出用以顶点BB、BB’为对角顶点的矩形框包围的半导体基板(半导体芯片)110的角部附近的有源区101与边界区103的边界附近的状态。该矩形框的顶点BB为半导体基板110的角部侧，顶点BB’为半导体基板110的中央部侧。半导体基板110的角部是指具有大致矩形状的平面形状的半导体基板110的顶点。在图23中示出n⁺型源区124、p⁺型接触区125、沟槽126和p⁺型高浓度区151的布局，省略栅极绝缘膜127和栅电极128的图示。

图21～图25所示的现有的碳化硅半导体装置是在有源区101与边缘终端区102之间具备具有p⁺型高浓度区151的边界区103的MOSFET。有源区101配置在由碳化硅构成的半导体基板110的中央部。在有源区101配置有沟槽栅极结构的垂直型MOSFET的多个单位单元，且在该MOSFET导通时在有源区101有主电流流通。沟槽栅极结构(在沟槽126的内部隔着栅极绝缘膜127埋入的栅电极128)被配置成沿着与半导体基板110的正面平行的方向X延伸的条纹状。