(57)【要約】【課題】破壊耐性に優れた良質な半導体装置を提供する。【解決手段】炭化珪素よりなり、基板表面の法線ベクトルが＜０００１＞方向もしくは＜０００−１＞方向に対してオフ角度を有する半導体基板８０と半導体基板８０上に形成されたｎ型の半導体層１０と半導体層１０の表面領域内に形成されたｐ型の半導体領域２０と半導体領域２０の表面領域内に形成されたｎ型のソース領域３０と半導体層１０の表面領域内に形成され半導体領域２０に接し且つ半導体領域２０の底面よりも低い底面を有するｐ型の半導体領域４０とを含む半導体基板８０と半導体層１０、半導体領域２０及びソース領域３０上に形成されたゲート絶縁膜５０とゲート絶縁膜５０上に形成されたゲート電極６０とソース領域３０及び半導体領域４０上に形成されたソース電極７０と半導体基板８０の裏面に形成されたドレイン電極９０とを備え、半導体領域４０の底面の一つの端部はオフ角度方向に対して垂直である。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素よりなり、基板表面の法線ベクトルが＜０００１＞方向もしくは＜０００−１＞方向に対してオフ角度を有する半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された第１導電型の半導体層と、
前記半導体層の表面領域内に形成された第２導電型の第１の半導体領域と、
前記第１の半導体領域の表面領域内に形成された第１導電型のソース領域と、
前記半導体層の表面領域内に形成され、前記第１の半導体領域に接し、且つ前記第１の
半導体領域の底面よりも低い底面を有する第２導電型の第２の半導体領域と、
前記半導体層、前記第１の半導体領域及び前記ソース領域上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
前記ソース領域及び前記第２の半導体領域上に形成されたソース電極と、
前記半導体基板の裏面に形成されたドレイン電極と、
を備え、
前記第２の半導体領域の底面の少なくとも一つの端部は、前記オフ角度の方向に対して垂直であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第２の半導体領域の底面は、直線状の辺を有する六角形状であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第２の半導体領域の底面は、六角形の各辺を弧状に変形した形状であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第２の半導体領域は、前記第１の半導体領域よりも不純物濃度が高いことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１の半導体領域の下部分は、前記第１の半導体領域の上部分よりも不純物濃度が高いことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第２の半導体領域の上部分は、前記第２の半導体領域の下部分よりも不純物濃度が高いことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第２の半導体領域の下部分の不純物濃度は、５Ｅ１８ｃｍ−３以上且つ１Ｅ１９ｃｍ−３以下であることを特徴とする請求項６記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第２の半導体領域の上部分の不純物濃度は、１Ｅ１９ｃｍ−３以上であることを特徴とする請求項６記載の半導体装置。
【請求項９】
前記オフ角度は８度以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記オフ角度は４度以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記ソース領域の底面は、六角形状であることを特徴とする請求項１乃至３記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記第１の半導体領域の底面は、六角形状であることを特徴とする請求項１乃至３記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記第１導電型はｎ型であり、前記第２の導電型はｐ型であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、炭化珪素（ＳｉＣ）を材料としたパワーデバイスが開発されている。ＳｉＣはワイドバンドギャップ半導体であり、シリコンの１０倍近い破壊電界強度を有している（非特許文献１参照）。ＳｉＣを材料とする半導体デバイスにおいてもシリコンと同様、表面にＭＯＳ構造を形成するＳｉＣＭＯＳＦＥＴが開発されている。
【０００３】
しかしながらＳｉＣＭＯＳＦＥＴではｐボディ領域の抵抗率が高い。また、ｐボディ領域の端部に電界が集中しやすい。このため、アバランシェ降伏時にｐボディ領域で電圧降下が起こり、ソース領域とｐボディ領域とｎベース領域からなる寄生バイポーラトランジスタが動作するという問題があった。更に、このバイポーラトランジスタの温度特性が正であることから正のフィードバックが起こり、特定のセルに電流が集中する。その結果、局所的に高温となり、特定のセルが破壊されやすいという問題があった。
【非特許文献１】ＳｉＣ素子の基礎と応用、荒井和雄・吉田貞史共編、ページ１６５〜１８５、出版社：オーム社、発行年：２００３年３月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、破壊耐性に優れた良質な半導体装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一視点に係る半導体装置は、炭化珪素よりなり、基板表面の法線ベクトルが＜０００１＞方向もしくは＜０００−１＞方向に対してオフ角度を有する半導体基板と、前記半導体基板上に形成された第１導電型の半導体層と、前記半導体層の表面領域内に形成された第２導電型の第１の半導体領域と、前記第１の半導体領域の表面領域内に形成された第１導電型のソース領域と、前記半導体層の表面領域内に形成され、前記第１の半導体領域に接し、且つ前記第１の半導体領域の底面よりも低い底面を有する第２導電型の第２の半導体領域と、前記半導体層、前記第１の半導体領域及び前記ソース領域上に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、前記ソース領域及び前記第２の半導体領域上に形成されたソース電極と、前記半導体基板の裏面に形成されたドレイン電極と、を備え、前記第２の半導体領域の底面の少なくとも一つの端部は、前記オフ角度の方向に対して垂直であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、破壊耐性に優れた良質な半導体装置を提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施形態の詳細を図面を参照して説明する。
【０００８】
図１〜４を用いて、本実施形態の基本的な構成を説明する。
【０００９】
図１は、本実施形態に係る半導体装置の基本的な構造を模式的に示した断面図である。
【００１０】
図１に示すように、半導体基板８０は六方晶であるＳｉＣ結晶で形成され、半導体基板８０表面の法線はＳｉＣ結晶の＜０００１＞方向（ｃ軸方向）からθ度、例えば４度〜８度程度ずれている。このずれの角度（θ度）をオフ角度と呼ぶ。また、法線方向の単位ベクトルからｃ軸方向の単位ベクトルを引いたベクトルの方向をオフ角度の方向（オフ角度方向）という。
【００１１】
半導体基板８０上にはｎ−型の半導体層（第１導電型の半導体層）１０が設けられている。半導体層１０の表面領域内にはｐ型のｐボディ領域（第２導電型の第１の半導体領域）２０が形成され、ｐボディ領域２０の表面領域内にはｎ型のソース領域３０が形成されている。なお、ｐボディ領域２０の下部分は上部分よりも不純物濃度が高く、いわゆるレトログレード構造となっている。
【００１２】
半導体層１０の表面領域内にはｐ型の半導体領域（第２の半導体領域）４０が形成されている。半導体領域４０は、ｐボディ領域２０及びソース領域３０と接している。また、半導体領域４０の底面は、ｐボディ領域２０の底面よりも低い。このため、半導体領域４０の底面は、半導体層１０中に突出している。また、半導体領域４０は、５Ｅ１８ｃｍ−３〜１Ｅ１９ｃｍ−３程度の不純物濃度を有するｐ＋型の半導体領域（第２の半導体領域の下部分）４０ａと、１Ｅ１９ｃｍ−３以上の不純物濃度を有するｐ＋＋型のｐボディコンタクト領域（第２の半導体領域の上部分）４０ｂとで形成されている。また、半導体領域４０ａの不純物濃度は、ｐボディ領域２０の不純物濃度よりも高い。また、半導体領域４０ａは半導体層１０内に突出し、且つ、ｐボディ領域２０よりも高い不純物濃度を有しているので、矢印で示したように、半導体領域４０ａの底面の一辺に電界が集中する。
【００１３】
半導体層１０、ｐボディ領域２０及びソース領域３０上にはゲート酸化膜（ゲート絶縁膜）５０が形成されている。ゲート酸化膜５０上にはゲート電極６０が形成されている。ソース領域３０及び半導体領域４０上にはソース電極７０が形成されている。また、半導体基板８０の裏面には、ドレイン電極９０が形成されている。
【００１４】
図２は、本実施形態に係る半導体装置の基本的な構造を模式的に示した平面図である。図３は、図２を線分Ａ−Ａで切断した断面図である。簡単のため、ゲート酸化膜５０、ゲート電極６０及びソース電極７０等は省略している。
【００１５】
図２に示すように、半導体領域４０の底面（パターン）は、直線状の辺を有する正六角形状である。ソース領域３０及びｐボディ領域２０の底面も、半導体領域４０の底面と同様な正六角形状である。なお、半導体領域４０の底面は、図４に示すように、六角形の各辺を弧状に変形した形状であっても良い。同様に、ソース領域３０及びｐボディ領域２０の底面も、六角形の各辺を弧状に変形した形状であっても良い。また、各半導体領域４０は、六角形の少なくとも一辺とオフ角度方向とが垂直になるように配置されている。つまり、半導体領域４０の底面は、オフ角度方向に対して垂直な少なくとも一つの辺（端部、エッジ）を有する。
【００１６】
なお実際の素子においては図１〜図３に示した構造を有する素子を多数配列している。また、終端部には公知の終端構造が設けられている。
【００１７】
上記実施形態によれば、ｐ型の半導体領域４０ａの底面は、ｎ型の半導体層１０中に突出している。このため、半導体領域４０ａの底面の端部に電界が集中し、選択的にアバランシェ降伏を起こすことができる。これにより、半導体層１０、Ｐボディ領域２０及びソース領域３０からなる寄生バイポーラトランジスタの形成を防止することができ、特定のｐボディ領域２０への電界集中を抑制することができる。
【００１８】
また、半導体基板８０は六方晶であるＳｉＣ結晶で形成されているため、アバランシェ降伏が生じやすい方向に異方性があり、ｃ軸方向に垂直な方向の電界に対してアバランシェ降伏が生じやすい。上記実施形態では、半導体基板８０表面の法線がｃ軸方向からθ度ずれているため、図３の矢印で示すような方向の電界により、半導体領域４０ａの底面の端部で容易にアバランシェ降伏を起こされることができる。
【００１９】
また、上記実施形態では、六角形状のパターン形状を有する。各半導体領域４０は、半導体領域４０の底面の特定の辺とｃ軸方向とが垂直になるように配置されている。このため、各半導体領域４０において、角（点）ではなく辺に電界を集中させることが可能である。各半導体領域４０の底面の辺に電界を集中させることで、局所的な電界集中を抑制することができ、安定したアバランシェ降伏を起こすことができる。
【００２０】
以上のように、本実施形態によれば、六角形状の各半導体領域４０の底面の特定の辺で安定したアバランシェ降伏を生じさせることができるため、破壊耐性に優れた半導体装置を実現することができる。
【００２１】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示された構成要件を適宜組み合わせることによって種々の発明が抽出される。例えば、開示された構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、所定の効果が得られるものであれば、発明として抽出され得る。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態に係る半導体装置の構成を模式的に示した断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る半導体装置の構成を模式的に示した平面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る半導体装置の構成を模式的に示した断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る半導体装置の構成を模式的に示した平面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１０…半導体層
２０…ｐボディ領域
３０…ソース領域
４０、４０ａ…半導体領域
４０ｂ…ｐボディコンタクト領域
５０…ゲート酸化膜
６０…ゲート電極
７０…ソース電極
８０…半導体基板
９０…ドレイン電極
【図１】
2010080786.tif 000003
【図２】
2010080786.tif 000004
【図３】
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【図４】
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