(57)【要約】  炭化珪素半導体装置は、炭化珪素半導体チップと、樹脂とを有している。炭化珪素半導体チップは、平面視で四角形である炭化珪素基板と、炭化珪素基板上にある電極とを含んでいる。炭化珪素基板は、電極に接する第１主面と、第１主面と反対側の第２主面と、第１主面および第２主面の各々の間にある外周面と、四角形の角部に位置し、第１主面に連なり、かつ外周面に近づくにつれて第２主面との距離が小さくなるように第１主面に対して傾斜する傾斜面とを有している。樹脂は、第１主面、傾斜面および外周面の各々を覆っている。第１主面と傾斜面とがなす角度は、９０°よりも大きい。
2020012811.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素半導体チップを備え、
前記炭化珪素半導体チップは、平面視で四角形である炭化珪素基板と、前記炭化珪素基板上にある電極とを含み、
前記炭化珪素基板は、
前記電極に接する第１主面と、
前記第１主面と反対側の第２主面と、
前記第１主面および前記第２主面の各々の間にある外周面と、
前記四角形の角部に位置し、前記第１主面に連なり、かつ前記外周面に近づくにつれて前記第２主面との距離が小さくなるように前記第１主面に対して傾斜する傾斜面とを有し、さらに、
前記第１主面、前記傾斜面および前記外周面の各々を覆う樹脂を備え、
前記第１主面と前記傾斜面とがなす角度は、９０°よりも大きい、炭化珪素半導体装置。
【請求項２】
炭化珪素半導体チップを備え、
前記炭化珪素半導体チップは、平面視で四角形である炭化珪素基板と、前記炭化珪素基板上にある電極とを含み、
前記炭化珪素基板は、
前記電極に接する第１主面と、
前記第１主面と反対側の第２主面と、
前記第１主面および前記第２主面の各々の間にある外周面と、
前記四角形の対向する２辺に位置し、前記第１主面に連なり、かつ前記外周面に近づくにつれて前記第２主面との距離が小さくなるように前記第１主面に対して傾斜する傾斜面とを有し、さらに、
前記第１主面、前記傾斜面および前記外周面の各々を覆う樹脂を備え、
前記第１主面と前記傾斜面とがなす角度は、９０°よりも大きい、炭化珪素半導体装置。
【請求項３】
前記四角形は、長方形であり、
前記対向する２辺は、前記長方形の長辺である、請求項２に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項４】
炭化珪素半導体チップを備え、
前記炭化珪素半導体チップは、平面視で四角形である炭化珪素基板と、前記炭化珪素基板上にある電極とを含み、
前記炭化珪素基板は、
前記電極に接する第１主面と、
前記第１主面と反対側の第２主面と、
前記第１主面および前記第２主面の各々の間にある外周面と、
前記四角形の角部と前記四角形の対向する２辺とに位置し、前記第１主面に連なり、かつ前記外周面に近づくにつれて前記第２主面との距離が小さくなるように前記第１主面に対して傾斜する傾斜面とを有し、さらに、
前記第１主面、前記傾斜面および前記外周面の各々を覆う樹脂を備え、
前記第１主面と前記傾斜面とがなす角度は、９０°よりも大きい、炭化珪素半導体装置。
【請求項５】
前記四角形は、長方形であり、
前記対向する２辺は、前記長方形の長辺である、請求項４に記載の炭化珪素半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、炭化珪素半導体装置に関する。本出願は、２０１８年７月１１日に出願した日本特許出願である特願２０１８−１３１４９５号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。
【背景技術】
【０００２】
特開２０１４−１３９９６７号公報（特許文献１）には、トレンチ型ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１３９９６７号公報
【発明の概要】
【０００４】
本開示に係る炭化珪素半導体装置は、炭化珪素半導体チップと、樹脂とを備えている。炭化珪素半導体チップは、平面視で四角形である炭化珪素基板と、炭化珪素基板上にある電極とを含んでいる。炭化珪素基板は、電極に接する第１主面と、第１主面と反対側の第２主面と、第１主面および第２主面の各々の間にある外周面と、四角形の角部に位置し、第１主面に連なり、かつ外周面に近づくにつれて第２主面との距離が小さくなるように第１主面に対して傾斜する傾斜面とを有している。樹脂は、第１主面、傾斜面および外周面の各々を覆っている。第１主面と傾斜面とがなす角度は、９０°よりも大きい。
【０００５】
本開示に係る炭化珪素半導体装置は、炭化珪素半導体チップと、樹脂とを備えている。炭化珪素半導体チップは、平面視で四角形である炭化珪素基板と、炭化珪素基板上にある電極とを含んでいる。炭化珪素基板は、電極に接する第１主面と、第１主面と反対側の第２主面と、第１主面および第２主面の各々の間にある外周面と、四角形の対向する２辺とに位置し、第１主面に連なり、かつ外周面に近づくにつれて第２主面との距離が小さくなるように第１主面に対して傾斜する傾斜面とを有している。樹脂は、第１主面、傾斜面および外周面の各々を覆っている。第１主面と傾斜面とがなす角度は、９０°よりも大きい。
【０００６】
本開示に係る炭化珪素半導体装置は、炭化珪素半導体チップと、樹脂とを備えている。炭化珪素半導体チップは、平面視で四角形である炭化珪素基板と、炭化珪素基板上にある電極とを含んでいる。炭化珪素基板は、電極に接する第１主面と、第１主面と反対側の第２主面と、第１主面および第２主面の各々の間にある外周面と、四角形の角部と四角形の対向する２辺とに位置し、第１主面に連なり、かつ外周面に近づくにつれて第２主面との距離が小さくなるように第１主面に対して傾斜する傾斜面とを有している。樹脂は、第１主面、傾斜面および外周面の各々を覆っている。第１主面と傾斜面とがなす角度は、９０°よりも大きい。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置の構成を示す縦断面模式図である。
【図２】図２は、第１実施形態に係る炭化珪素半導体チップの構成を示す平面模式図である。
【図３】図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面模式図である。
【図４】図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面模式図である。
【図５】図５は、図２のＶ−Ｖ線に沿った断面模式図である。
【図６】図６は、第１実施形態に係る炭化珪素半導体チップの変形例の構成を示す断面模式図である。
【図７】図７は、第２実施形態に係る炭化珪素半導体チップの構成を示す平面模式図である。
【図８】図８は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った断面模式図である。
【図９】図９は、図７のＩＸ−ＩＸ線に沿った断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
［本開示の実施形態の概要］
まず、本開示の実施形態の概要について説明する。本明細書中の結晶学的記載においては、個別方位を［］、集合方位を＜＞、個別面を（）、集合面を｛｝でそれぞれ示している。また結晶学上の指数が負であることは、通常、”−”（バー）を数字の上に付すことによって表現されるが、本明細書中では数字の前に負の符号を付している。
【０００９】
（１）本開示に係る炭化珪素半導体装置１００は、炭化珪素半導体チップ３０と、樹脂８とを備えている。炭化珪素半導体チップ３０は、平面視で四角形である炭化珪素基板１０と、炭化珪素基板１０上にある電極２８とを含んでいる。炭化珪素基板１０は、電極２８に接する第１主面１と、第１主面１と反対側の第２主面２と、第１主面１および第２主面２の各々の間にある外周面３と、四角形の角部に位置し、第１主面１に連なり、かつ外周面３に近づくにつれて第２主面２との距離が小さくなるように第１主面１に対して傾斜する傾斜面５とを有している。樹脂８は、第１主面１、傾斜面５および外周面３の各々を覆っている。第１主面１と傾斜面５とがなす角度は、９０°よりも大きい。
【００１０】
（２）本開示に係る炭化珪素半導体装置１００は、炭化珪素半導体チップ３０と、樹脂８とを備えている。炭化珪素半導体チップ３０は、平面視で四角形である炭化珪素基板１０と、炭化珪素基板１０上にある電極２８とを含んでいる。炭化珪素基板１０は、電極２８に接する第１主面１と、第１主面１と反対側の第２主面２と、第１主面１および第２主面２の各々の間にある外周面３と、四角形の対向する２辺に位置し、第１主面１に連なり、かつ外周面３に近づくにつれて第２主面２との距離が小さくなるように第１主面１に対して傾斜する傾斜面５とを有している。樹脂８は、第１主面１、傾斜面５および外周面３の各々を覆っている。第１主面１と傾斜面５とがなす角度は、９０°よりも大きい。
【００１１】
（３）上記（２）に係る炭化珪素半導体装置１００において、四角形は、長方形であってもよい。対向する２辺は、長方形の長辺３５であってもよい。
【００１２】
（４）本開示に係る炭化珪素半導体装置１００は、炭化珪素半導体チップ３０と、樹脂８とを備えている。炭化珪素半導体チップ３０は、平面視で四角形である炭化珪素基板１０と、炭化珪素基板１０上にある電極２８とを含んでいる。炭化珪素基板１０は、電極２８に接する第１主面１と、第１主面１と反対側の第２主面２と、第１主面１および第２主面２の各々の間にある外周面３と、四角形の角部と四角形の対向する２辺とに位置し、第１主面１に連なり、かつ外周面３に近づくにつれて第２主面２との距離が小さくなるように第１主面１に対して傾斜する傾斜面５とを有している。樹脂８は、第１主面１、傾斜面５および外周面３の各々を覆っている。第１主面１と傾斜面５とがなす角度は、９０°よりも大きい。
【００１３】
（５）上記（４）に係る炭化珪素半導体装置１００において、四角形は、長方形であってもよい。対向する２辺は、長方形の長辺３５であってもよい。
【００１４】
［本開示の実施形態の詳細］
以下、実施の形態について図に基づいて説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
【００１５】
（第１実施形態）
まず、第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置１００の構成について説明する。
【００１６】
図１に示されるように、第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置１００は、炭化珪素半導体チップ３０と、樹脂８と、金属フレーム７４と、はんだ層７３とを主に有している。金属フレーム７４は、たとえば銅フレームである。当該銅フレームには、ニッケルが鍍金されても良い。炭化珪素半導体チップ３０は、はんだ層７３を介して金属フレーム７４上に設けられている。別の観点から言えば、はんだ層７３は、炭化珪素半導体チップ３０と金属フレーム７４との間に位置している。樹脂８は、炭化珪素半導体チップ３０と、はんだ層７３とを覆っている。
【００１７】
炭化珪素半導体チップ３０は、第３主面３３と、第４主面３４とを有している。第４主面３４は、第３主面３３と反対側にある。炭化珪素半導体チップ３０は、第４主面３４においてはんだ層７３に接している。樹脂８は、炭化珪素半導体チップ３０の第３主面３３を覆っている。樹脂８は、はんだ層７３および金属フレーム７４に接している。炭化珪素半導体チップ３０は、炭化珪素基板１０（図３参照）を有している。炭化珪素半導体チップ３０への電流等の供給は、図示しないワイヤー等を介して行われる。
【００１８】
図２は、炭化珪素基板１０の構成を示す平面模式図である。図２に示されるように、炭化珪素基板１０は、内部領域４０（活性領域４０）と、外周領域５０とを有している。図２に示されるように、第１主面１に対して垂直な方向から見て、外周領域５０は、活性領域４０を取り囲んでいる。図２に示されるように、第１主面１に対して垂直な方向から見て、傾斜面５は、炭化珪素基板１０の角部に設けられている。具体的には、傾斜面５は、外周領域５０の角部に設けられている。外周領域５０は、第１外周領域部５１と、第２外周領域部５２とを有する。第１外周領域部５１は、活性領域４０に接する。第２外周領域部５２は、第１外周領域部５１の外側に位置している。炭化珪素基板１０の外周面３は、角領域３１と、辺領域３２とを有している。辺領域３２は、長辺３５と、短辺３６とを有している。
【００１９】
第２外周領域部５２は、第１外周領域部５１を取り囲んでいる。第２外周領域部５２は、炭化珪素基板１０の傾斜面５を構成する。第１外周領域部５１には、たとえばガードリング１６（図４参照）が設けられている。ガードリング１６は、活性領域４０を取り囲んでいる。第２外周領域部５２には、傾斜面５が設けられている。図２に示されるように、第１主面１に対して垂直な方向から見て（平面視において）、炭化珪素基板１０は、たとえば四角形である。同様に、平面視において、炭化珪素半導体チップ３０は、たとえば四角形である。第１主面１に対して垂直な方向から見て、傾斜面５は、四角形の角部に位置している。第１主面１に対して垂直な方向から見て、傾斜面５は、炭化珪素基板１０の対角線上に位置している。傾斜面５と第１主面１との境界は、肩部４を構成する。肩部４は、外周面３の辺領域３２に連なっている。第１主面１に対して垂直な方向から見て、肩部４は、第１方向１０１および第２方向１０２の各々に対して交差する方向に延在している。別の観点から言えば、第１主面１に対して垂直な方向から見て、肩部４は、第１方向１０１および第２方向１０２の各々に対して傾斜している。
【００２０】
図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面模式図である。図３に示されるように、活性領域４０には、炭化珪素半導体素子９０が設けられている。炭化珪素半導体素子９０は、たとえばＭＯＳＦＥＴである。炭化珪素半導体素子９０は、炭化珪素基板１０と、ゲート絶縁膜２４と、ゲート電極２２と、層間絶縁膜２３と、ソース電極２８と、ドレイン電極２５とを有している。なお図２においては、傾斜面５が設けられた炭化珪素基板１０のみを記載しており、ゲート絶縁膜２４と、ゲート電極２２と、層間絶縁膜２３と、応力緩衝層２７と、ソース電極２８と、ドレイン電極２５とは省略されている。
【００２１】
炭化珪素基板１０は、炭化珪素単結晶基板１５と、炭化珪素単結晶基板１５上にある炭化珪素エピタキシャル層２０とを含んでいる。炭化珪素基板１０は、第１主面１と、第２主面２とを有している。第２主面２は、第１主面１と反対側にある。炭化珪素エピタキシャル層２０は第１主面１を構成する。炭化珪素単結晶基板１５は第２主面２を構成する。炭化珪素単結晶基板１５および炭化珪素エピタキシャル層２０は、たとえばポリタイプ４Ｈの六方晶炭化珪素から構成されている。炭化珪素単結晶基板１５は、たとえば窒素（Ｎ）などのｎ型不純物を含みｎ型（第１導電型）を有する。
【００２２】
第１主面１は、たとえば（０００−１）面である。第１主面１は、たとえば（０００−１）面に対してオフ方向に８°以下のオフ角だけ傾斜した面であってもよい。オフ方向は、たとえば＜１１−２０＞方向であってもよいし、＜１−１００＞方向であってもよい。オフ角は、たとえば１°以上であってもよいし、２°以上であってもよい。オフ角は、６°以下であってもよいし、４°以下であってもよい。
【００２３】
第１主面１が（０００−１）面である場合、第１方向１０１は、たとえば＜１１−２０＞方向である。第１主面１が（０００−１）面に対して傾斜している場合、第１方向１０１は、＜１１−２０＞方向が第１主面１に投影された方向である。同様に、第１主面１が（０００−１）面である場合、第２方向１０２は、たとえば＜１−１００＞方向である。第１主面１が（０００−１）面に対して傾斜している場合、第２方向１０２は、＜１−１００＞方向が第１主面１に投影された方向である。第１主面１は、第１方向１０１および第２方向１０２の各々に沿って延在している。
【００２４】
炭化珪素エピタキシャル層２０は、ドリフト領域１１と、ボディ領域１２と、ソース領域１３と、コンタクト領域１４とを主に有している。ドリフト領域１１は、炭化珪素単結晶基板１５上に設けられている。ドリフト領域１１は、たとえば窒素などのｎ型不純物を含み、ｎ型の導電型を有する。ドリフト領域１１が含むｎ型不純物の濃度は、炭化珪素単結晶基板１５が含むｎ型不純物の濃度よりも低くてもよい。
【００２５】
ボディ領域１２はドリフト領域１１上に設けられている。ボディ領域１２は、たとえばアルミニウム（Ａｌ）などのｐ型不純物を含み、ｐ型（第２導電型）の導電型を有する。ボディ領域１２のｐ型不純物の濃度は、ドリフト領域１１のｎ型不純物の濃度よりも高くてもよい。ボディ領域１２は、第１主面１および第２主面２の各々から離間している。
【００２６】
ソース領域１３は、ボディ領域１２によってドリフト領域１１から隔てられるようにボディ領域１２上に設けられている。ソース領域１３は、たとえば窒素またはリン（Ｐ）などのｎ型不純物を含んでおり、ｎ型の導電型を有する。ソース領域１３は、第１主面１を構成している。ソース領域１３のｎ型不純物の濃度は、ボディ領域１２のｐ型不純物の濃度よりも高くてもよい。ソース領域１３のｎ型不純物の濃度は、たとえば１×１０19ｃｍ-3程度である。
【００２７】
コンタクト領域１４は、たとえばアルミニウムなどのｐ型不純物を含んでおり、ｐ型の導電型を有する。コンタクト領域１４のｐ型不純物の濃度は、ボディ領域１２のｐ型不純物の濃度よりも高くてもよい。コンタクト領域１４は、ソース領域１３を貫通し、ボディ領域１２に接している。コンタクト領域１４は、第１主面１を構成する。コンタクト領域１４のｐ型不純物の濃度は、たとえば１×１０18ｃｍ-3以上１×１０20ｃｍ-3以下である。
【００２８】
図３に示されるように、第１主面１には、ゲートトレンチ９が設けられている。ゲートトレンチ９は、側壁面９１と、底部９２とにより構成されている。側壁面９１は、第１主面１に連なっている。底部９２は、側壁面９１に連なっている。側壁面９１は、ソース領域１３およびボディ領域１２を貫通してドリフト領域１１に至っている。別の観点から言えば、側壁面９１は、ソース領域１３と、ボディ領域１２と、ドリフト領域１１とによって構成されている。底部９２は、ドリフト領域１１にある。別の観点から言えば、底部９２は、ドリフト領域１１によって構成されている。底部９２は、たとえば第２主面２と平行な平面である。側壁面９１と底部９２とがなす角度θ１は、たとえば１１５°以上１３５°以下である。角度θ１は、たとえば１２０°以上であってもよい。角度θ１は、たとえば１３０°以下であってもよい。
【００２９】
ゲート絶縁膜２４は、たとえば酸化膜である。ゲート絶縁膜２４は、たとえば二酸化珪素を含む材料により構成されている。ゲート絶縁膜２４は、ゲートトレンチ９の側壁面９１および底部９２の各々に接する。ゲート絶縁膜２４は、底部９２においてドリフト領域１１と接している。ゲート絶縁膜２４は、側壁面９１において、ソース領域１３、ボディ領域１２およびドリフト領域１１と接している。ゲート絶縁膜２４は、第１主面１においてソース領域１３と接していてもよい。
【００３０】
ゲート電極２２は、ゲート絶縁膜２４上に設けられている。ゲート電極２２は、たとえば導電性不純物を含むポリシリコンから構成されている。ゲート電極２２は、ゲートトレンチ９の内部に配置されている。ゲート電極２２は、ドリフト領域１１、ボディ領域１２およびソース領域１３に対向している。
【００３１】
ソース電極２８は、第１主面１に接している。ソース電極２８は、コンタクト電極２１と、ソース配線２９とを有する。ソース配線２９は、コンタクト電極２１上に設けられている。コンタクト電極２１は、第１主面１において、ソース領域１３に接している。コンタクト電極２１は、第１主面１において、コンタクト領域１４に接していてもよい。コンタクト電極２１は、たとえばＴｉ（チタン）と、Ａｌ（アルミニウム）と、Ｓｉ（シリコン）とを含む材料から構成されている。コンタクト電極２１は、ソース領域１３とオーミック接合している。コンタクト電極２１は、コンタクト領域１４とオーミック接合していてもよい。
【００３２】
ドレイン電極２５は、第２主面２に接する。ドレイン電極２５は、第２主面２において炭化珪素単結晶基板１５に接している。ドレイン電極２５は、ドリフト領域１１と電気的に接続されている。ドレイン電極２５は、たとえばＮｉＳｉ（ニッケルシリコン）またはＴｉＡｌＳｉ（チタンアルミニウムシリコン）を含む材料から構成されている。
【００３３】
層間絶縁膜２３は、ゲート電極２２およびゲート絶縁膜２４の各々に接して設けられている。層間絶縁膜２３は、たとえば二酸化珪素を含む材料から構成されている。層間絶縁膜２３は、ゲート電極２２とソース電極２８とを電気的に絶縁している。層間絶縁膜２３の一部は、ゲートトレンチ９の内部に設けられていてもよい。ソース配線２９は、層間絶縁膜２３を覆っていてもよい。ソース配線２９は、たとえばＡｌを含む材料により構成されている。
【００３４】
図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面模式図である。図２に示されるように、ＩＶ−ＩＶ線は、第１主面１に垂直な方向から見た場合において、炭化珪素半導体チップ３０の対角線に沿った直線である。図４に示されるように、外周面３の角領域３１は、第２主面２に連なっている。傾斜面５は、第１主面１に連なっている。外周面３の角領域３１は、傾斜面５に連なっている。傾斜面５は、第１主面１および外周面３の各々に対して交差する方向に延在している。傾斜面５は、外周面３に近づくにつれて第２主面２との距離が小さくなるように第１主面１に対して傾斜している。第１主面１と傾斜面５とがなす角度θ２は、９０°よりも大きい。角度θ２は、たとえば１１５°以上１３５°以下である。角度θ２は、たとえば１２０°以上であってもよい。角度θ２は、たとえば１３０°以下であってもよい。第１主面１に対して垂直な方向において、外周面３は、第１主面１および第２主面２の各々の間にある。
【００３５】
傾斜面５は、たとえば熱エッチングにより形成することができる。具体的には、少なくとも１種類以上のハロゲン原子を有する反応性ガスを含む雰囲気中での加熱によって行い得る。少なくとも１種類以上のハロゲン原子は、塩素（Ｃｌ）原子およびフッ素（Ｆ）原子の少なくともいずれかを含む。当該雰囲気は、たとえば、塩素（Ｃｌ2）、三塩化ホウ素（ＢＣｌ3）、ＳＦ6または四フッ化炭素（ＣＦ4）を含む。たとえば、塩素ガスと酸素ガスとの混合ガスを反応ガスとして用い、熱処理温度を、たとえば８００℃以上９００℃以下として、熱エッチングが行われる。なお、反応ガスは、上述した塩素ガスと酸素ガスとに加えて、キャリアガスを含んでいてもよい。キャリアガスとしては、たとえば窒素ガス、アルゴンガスまたはヘリウムガスなどを用いることができる。熱エッチングにより、炭化珪素基板１０に傾斜面５が形成される。この場合、第１主面１は、（０００−１）面または（０００−１）面に対して８°以下のオフ角だけオフ方向に傾斜した面である。傾斜面５およびゲートトレンチ９が同時に形成されてもよい。
【００３６】
図４に示されるように、外周領域５０において、炭化珪素基板１０は、ガードリング１６とドリフト領域１１とを有している。ガードリング１６は、たとえばアルミニウム（Ａｌ）またはホウ素（Ｂ）などのｐ型不純物を含み、ｐ型（第２導電型）を有する。外周領域５０におけるドリフト領域１１は、活性領域４０におけるドリフト領域１１と連なっている。外周領域５０におけるドリフト領域１１は、傾斜面５を構成している。傾斜面５は、ドリフト領域１１により構成されている。傾斜面５は、ガードリング１６よりも外周側に位置している。傾斜面５は、第２外周領域部５２に設けられている。図４に示す断面において、第２外周領域部５２の幅は、たとえば２０μｍ以下である。第２外周領域部５２は、外周面３を含んでいる。傾斜面５は、ガードリング１６と外周面３との間に位置している。ガードリング１６は、ボディ領域１２よりも外周側に位置している。ガードリング１６は、ボディ領域１２と、傾斜面５との間に位置している。
【００３７】
絶縁膜２６は、第１主面１において、ボディ領域１２およびガードリング１６の各々に接している。絶縁膜２６は、たとえば二酸化珪素を含む材料から構成されている。絶縁膜２６は、傾斜面５よりも内周側に位置していてもよい。絶縁膜２６は、傾斜面５から離間していてもよい。応力緩衝層２７は、絶縁膜２６上に設けられている。応力緩衝層２７は、たとえばポリイミドを含む材料から構成されている。応力緩衝層２７は、たとえばポリエーテルイミド、ポリベンゾオキサゾールなどを含む材料であってもよい。
【００３８】
応力緩衝層２７は、傾斜面５および第１主面１の各々に接している。別の観点から言えば、応力緩衝層２７は、傾斜面５および第１主面１の各々においてドリフト領域１１に接していてもよい。応力緩衝層２７は、傾斜面５に接する面とは反対側の第５主面７を有している。第５主面７は、第１主面１および外周面３の各々に対して傾斜している。第５主面７は、傾斜面５と平行であってもよい。樹脂８は、第１主面１と、傾斜面５と、外周面３とを覆っている。樹脂８は、応力緩衝層２７に接している。樹脂８は、第５主面７および第３主面３３の各々において、応力緩衝層２７に接している。樹脂８は、傾斜面５に接していてもよい。樹脂８は、活性領域４０および外周領域５０の各々を覆っている。樹脂８は、ソース配線２９に接していてもよい。
【００３９】
図４に示されるように、樹脂８は、外周面３の角領域３１に接している。樹脂８は、外周面３の角領域３１において、ドリフト領域１１に接していてもよい。樹脂８は、炭化珪素単結晶基板１５に接していてもよい。樹脂８は、ドレイン電極２５に接していてもよい。樹脂８は、炭化珪素半導体チップ３０を封止するための樹脂８である。樹脂８は、たとえばエポキシ樹脂がエポキシ樹脂に限定されない。樹脂８は、たとえばフェノール樹脂、マレイミド樹脂等の耐熱性の有機樹脂、ポリマー成分中に無機ナノ粒子を均一に単分散させた樹脂ナノコンポジット樹脂などであってもよい。
【００４０】
図４に示されるように、傾斜面５の高さ１１２は、たとえば０．１μｍ以上５０μｍ以下である。傾斜面５の高さ１１２の上限は、特に限定されないが、たとえば１０μｍ以下であってもよいし、２０μｍ以下であってもよい。傾斜面５の高さの下限は、特に限定されないが、たとえば１０μｍ以上であってもよいし、２０μｍ以上であってもよい。なお、傾斜面５の高さ１１２は、第１主面１に対して垂直な方向における、傾斜面５と外周面３の角領域３１との境界と、第１主面１との間の距離である。
【００４１】
図４に示されるように、傾斜面５の幅１１１は、たとえば０．１μｍ以上５０μｍ以下である。傾斜面５の幅１１１の上限は、特に限定されないが、たとえば１０μｍ以下であってもよいし、２０μｍ以下であってもよい。傾斜面５の幅１１１の下限は、特に限定されないが、たとえば１０μｍ以上であってもよいし、２０μｍ以上であってもよい。なお、傾斜面５の幅１１１は、図４の断面において、第１主面１に対して平行な方向における、傾斜面５と第１主面１との境界と、外周面３の角領域３１との間の距離である。
【００４２】
図４に示されるように、傾斜面５の幅１１１を傾斜面５の高さ１１２で除した値は、たとえば０．２５以上２以下である。傾斜面５の幅１１１を傾斜面５の高さ１１２で除した値の上限は、特に限定されないが、たとえば１以下であってもよいし、１．５以下であってもよい。傾斜面５の幅１１１を傾斜面５の高さ１１２で除した値の下限は、特に限定されないが、たとえば０．５以上であってもよいし、０．７５以上であってもよい。
【００４３】
図５は、図２のＶ−Ｖ線に沿った断面模式図である。図２に示されるように、Ｖ−Ｖ線は、第１主面１に垂直な方向から見た場合において、炭化珪素半導体チップ３０の長辺３５を垂直に二等分する直線である。図５に示されるように、炭化珪素基板１０に外周面３の辺領域３２には、傾斜面５が設けられていなくてもよい。第１主面１は、辺領域３２に連なっている。第１主面１と、辺領域３２とがなす角度θ３は、ほぼ９０°である。辺領域３２は、第１主面１および第２主面２の各々に連なっている。応力緩衝層２７は、外周面３の辺領域３２まで延在していてもよい。
【００４４】
次に、第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置１００の変形例の構成について説明する。
【００４５】
図６に示されるように、炭化珪素半導体チップ３０は、第１主面１と、第２主面２と、外周面３と、傾斜面５と、第６主面６とを有していてもよい。第６主面６は、傾斜面５に連なっている。第６主面６は、傾斜面５よりも外周側に位置している。第６主面６は、第１主面１とほぼ平行である。外周面３は、第６主面６に連なっている。外周面３は、第６主面６よりも外周側に位置している。第６主面６は、傾斜面５と外周面３との間に位置している。
【００４６】
応力緩衝層２７は、第６主面６に接していてもよい。応力緩衝層２７は、たとえば第１主面１と、傾斜面５と、第６主面６とに接している。樹脂８は、たとえば第１主面１と、傾斜面５と、第６主面６とを覆っている。この場合、傾斜面５の高さ１１２は、第１主面１に対して垂直な方向における、第６主面６と、第１主面１との間の距離である。傾斜面５の幅１１１は、図６の断面において、第１主面１に対して平行な方向における、傾斜面５と第１主面１との境界と、傾斜面５と第６主面６と境界の間の距離である。
【００４７】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る炭化珪素半導体装置１００の構成について説明する。第２実施形態に係る炭化珪素半導体装置１００は、傾斜面５が、四角形の対向する２辺に設けられている構成において、第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置１００と主に異なっており、その他の構成については、第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置１００と同様である。以下、第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置１００と異なる構成を中心に説明する。
【００４８】
図７に示されるように、傾斜面５は、四角形の対向する２辺に設けられていてもよい。具体的には、傾斜面５は、四角形の角部と四角形の対向する２辺に設けられていてもよいし、四角形の対向する２辺のみに設けられていてもよい。第１主面１に対して垂直な方向から見て、炭化珪素半導体チップ３０は、長方形であってもよい。傾斜面５は、長方形の対向する２辺に設けられる。対向する２辺は、長方形の長辺３５である。つまり、傾斜面５は、対向する２つの長辺３５に設けられている。傾斜面５は、対向する２つの短辺３６に設けられていてもよい。
【００４９】
図７に示されるように、傾斜面５と第１主面１とは肩部４を構成する。肩部４は、第１肩領域４１と、第２肩領域４２とを有している。第２肩領域４２は、第１肩領域４１に連なっている。第１主面１に対して垂直な方向から見て、第１肩領域４１は、第１方向１０１および第２方向１０２の各々に対して交差する方向に延在している。別の観点から言えば、第１主面１に対して垂直な方向から見て、第１肩領域４１は、第１方向１０１および第２方向１０２の各々に対して傾斜している。第１主面１に対して垂直な方向から見て、第２肩領域４２は、第１方向１０１に平行な方向に沿って延在している。
【００５０】
図８は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った断面模式図である。図７に示されるように、ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線は、第１主面１に垂直な方向から見た場合において、炭化珪素半導体チップ３０の対角線に沿った直線である。図８に示されるように、炭化珪素基板１０には、外周面３の角領域３１に連なる傾斜面５が設けられている。傾斜面５は、第１主面１に連なっている。第１主面１と傾斜面５とがなす角度θ２は、９０°よりも大きい。角度θ２は、たとえば１１５°以上１３５°以下である。角度θ２は、たとえば１２０°以上であってもよい。角度θ２は、たとえば１３０°以下であってもよい。
【００５１】
図９は、図７のＩＸ−ＩＸ線に沿った断面模式図である。図９に示されるように、ＩＸ−ＩＸ線は、第１主面１に垂直な方向から見た場合において、炭化珪素半導体チップ３０の長辺３５を垂直に二等分する直線である。図９に示されるように、炭化珪素基板１０には、外周面３の辺領域３２に連なる傾斜面５が設けられている。第１主面１と傾斜面５とがなす角度θ２は、９０°よりも大きい。角度θ２は、たとえば１１５°以上１３５°以下である。角度θ２は、たとえば１２０°以上であってもよい。角度θ２は、たとえば１３０°以下であってもよい。
【００５２】
図７および図９に示されるように、外周面３の辺領域３２に連なる傾斜面５の幅１１３は、炭化珪素半導体チップ３０の長辺３５を垂直に二等分する直線に平行な方向における、第２肩領域４２と、外周面３の辺領域３２との間の距離である。図７および図８に示されるように、外周面３の角領域３１に連なる傾斜面５の幅１１１は、炭化珪素半導体チップ３０の対角線に平行な方向における、第１肩領域４１と、外周面３の角領域３１との間の距離である。外周面３の辺領域３２に連なる傾斜面５の幅１１３（図９）は、外周面３の角領域３１に連なる傾斜面５の幅１１１（図８参照）よりも小さくてもよい。外周面３の辺領域３２に連なる傾斜面５の高さ１１４（図９参照）は、外周面３の角領域３１に連なる傾斜面５の高さ１１２（図８参照）よりも小さくてもよい。
【００５３】
なお上記においては、トレンチゲートを有するＭＯＳＦＥＴを例示して、本開示に係る炭化珪素半導体装置１００を説明したが、本開示に係る炭化珪素半導体装置１００はこれに限定されない。本開示に係る炭化珪素半導体装置１００は、たとえば平面型ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＳＢＤ（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ  Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）、サイリスタ、ＧＴＯ（Ｇａｔｅ  Ｔｕｒｎ  Ｏｆｆ  ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）、ＰｉＮダイオード等であってもよい。
【００５４】
また上記においては、ｎ型を第１導電型とし、かつｐ型を第２導電型して説明したが、ｐ型を第１導電型とし、かつｎ型を第２導電型としてもよい。また上記各不純物領域におけるｐ型不純物の濃度およびｎ型不純物の濃度は、たとえばＳＣＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）またはＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）などにより測定可能である。さらに上記各実施形態および変形例は、技術的に矛盾しない限りにおいて互いに組み合わされてもよい。
【００５５】
次に、本開示に係る炭化珪素半導体装置１００の作用効果について説明する。
一般的に炭化珪素半導体チップ３０は樹脂８によって覆われている。外部環境から樹脂８の内部に入り込んだ水分は、高温下において膨張して内部に空間を形成する。これにより、樹脂８に応力がかかることで、樹脂８にクラックが発生する。次に、低温下においては、空間の内部が結露することで、空間が減圧状態になる。そのため、外部環境から水分が引き込まれる。次に、高温下になると、水分が膨張して空間がさらに拡大する。結果として、樹脂８に形成されたクラックが伸長する。以上のように、炭化珪素半導体装置１００が、高温と低温とが交互に繰り返される環境化に配置されると、炭化珪素半導体チップ３０上の樹脂８が剥離する場合がある（ポップコーン現象）。上記において、高温は、たとえば１５０℃である。低温は、たとえば−５５℃である。
【００５６】
本開示に係る炭化珪素半導体装置１００によれば、炭化珪素基板１０は、電極２８に接する第１主面１と、第１主面１と反対側の第２主面２と、第１主面１および第２主面２の各々の間にある外周面３と、四角形の角部に位置し、第１主面１に連なり、かつ外周面３に近づくにつれて第２主面２との距離が小さくなるように第１主面１に対して傾斜する傾斜面５とを有している。樹脂８は、外周面３、第１主面１および傾斜面５の各々を覆っている。第１主面１と傾斜面５とがなす角度は、９０°よりも大きい。最も応力が集中しやすい炭化珪素半導体チップ３０の角部における第１主面１と傾斜面５とがなす角度を鈍角化することにより、第１主面１と傾斜面５との境界における応力を低減することができる。結果として、応力集中によって樹脂８が剥離することを抑制することができる。
【００５７】
また本開示に係る炭化珪素半導体装置１００において、傾斜面５は、四角形の対向する２辺に位置していてもよい。これにより、四角形の対向する２辺において応力を低減することができる。結果として、応力集中によって樹脂８が剥離することをさらに抑制することができる。
【００５８】
さらに本開示に係る炭化珪素半導体装置１００において、第１主面１に対して垂直な方向から見て、炭化珪素基板１０は、長方形であってもよい。傾斜面５は、長方形の対向する２つの長辺３５に設けられていてもよい。これにより、長方形の長辺３５において応力を低減することができる。長方形の長辺３５に傾斜面５が設けられている場合は、傾斜面５が長くなる。そのため、長方形の短辺３６に傾斜面５が設けられている場合よりも応力集中によって樹脂８が剥離することを抑制することができる。
【実施例】
【００５９】
（サンプル準備）
以下のサンプルを用いて、樹脂の剥離抑制効果の確認実験を行った。サンプルにおけるチップサイズの縦寸法×横寸法と実装用銅フレームの実装面の寸法を示す。第１のサンプルは、チップサイズが３ｍｍ×３ｍｍ、実装用銅フレームの実装面の寸法１４ｍｍ×９．５ｍｍである。第２のサンプルは、チップサイズが３ｍｍ×３ｍｍ、実装用銅フレームの実装面の寸法１７ｍｍ×１０ｍｍである。第３のサンプルは、チップサイズが６ｍｍ×６ｍｍ、実装用銅フレームの実装面の寸法１４ｍｍ×９．５ｍｍである。第４のサンプルは、チップサイズが６ｍｍ×６ｍｍ、実装用銅フレームの実装面の寸法は１７ｍｍ×１０ｍｍである。チップの厚みは、１５０μｍから２００μｍである。これらのサンプルにおいて第１実施形態（図４、５に示す構造）の傾斜面（溝）を設けたものと、剥離抑制用の傾斜面（溝）を設けていないものの２水準を準備した。【００６０】
なおチップサイズと実装用銅フレームの実装面の寸法との関係は、上記の例に限られない。つまり、サンプルの他にもチップサイズが実装用銅フレームの実装面の寸法よりも小さければ適用可能である。例えばチップサイズが３ｍｍ×３ｍｍであれば、実装用銅フレームの実装面の寸法が２０ｍｍ×１４ｍｍでも良い。チップサイズが５ｍｍ×６ｍｍの場合は、実装用銅フレームの実装面の寸法が１４ｍｍ×９．５ｍｍまたは１７ｍｍ×１０ｍｍまたは２０ｍｍ×１４ｍｍでも良い。チップサイズが６ｍｍ×６ｍｍの場合は、実装用銅フレームの実装面の寸法が２０ｍｍ×１４ｍｍでも良い。チップサイズが１０ｍｍ×１２ｍｍの場合は、実装用銅フレームの実装面の寸法が２０ｍｍ×１４ｍｍでも良い。チップサイズが１２ｍｍ×１２ｍｍの場合は、実装用銅フレームの実装面の寸法が２０ｍｍ×１４ｍｍでも良い。さらに、第１実施形態の変形例（図６に示す構造）の傾斜面（溝）あるいは第２実施形態（図８、９に示す構造）の傾斜面（溝）を設けることもできる。【００６１】
（実験方法）
高温と低温とが交互に繰り返される環境化でのサイクル試験の前と後の状態を、超音波プローブを用いた超音波顕微鏡を用いて観察することにより、樹脂の剥離の有無を確認することが可能である。樹脂とチップ上面との間および樹脂とフレーム面との間の密着状態を観察することで、剥離発生の有無の判断をすることができる。まず、高温（１５０℃）と低温側（−５５℃）との温度サイクルが、１０００回、より望ましくは５０００回繰り返される。その後、超音波の反射、透過分析に基づいて、剥離の発生の有無が判断される。横方向寸法１００μｍ程度の剥離の発生を良否判断の基準としている。【００６２】
また、超音波顕微鏡で観察できない微小剥離は、以下の方法で検知することが可能である。まず、サイクル試験の途中またはサイクル試験後に高温高湿試験（例えば温度８５℃、湿度８５％）が行われる。樹脂に剥離または亀裂部があると、水分が樹脂内部に侵入し、チップが動作不良となる。チップの動作不良を検知することで、樹脂の剥離または亀裂部の有無が間接的に判断される。【００６３】
（実験結果）
剥離抑制対策がなされていないサンプルにおいては、１０００回未満の温度サイクルで剥離が発生し、サイクル試験後の高温高湿試験でも動作不良が発生した。特に、チップ角部においては、５００回未満の温度サイクルで剥離が発生するという特徴が確認されている。一方、溝構造が形成されているサンプルにおいては、１０００回以上でもチップの角部、辺部に剥離はなく、また、サイクル試験後の高温高湿試験でも良好な動作が確認された。同様の効果は、より厳しい高温側（１７５℃）と低温側（−５５℃）での試験回数５０００回のサイクル試験と、サイクル試験後の高温高湿試験後でも確認された。【００６４】
剥離抑制対策がなされていないサンプルについては、チップサイズが大きく、また、実装面の寸法が小さくなる場合に、サイクル試験での剥離発生が早く起こる傾向が確認された。また、チップサイズと実装面の比率が大きい方が、剥離発生が早く起こる傾向が確認された（なお今回の場合、チップ面積／実装面の面積の比率は、最小が３％である、最大が５１％である）。剥離抑制対策ありのサンプルについては、上述のチップサイズ、実装面の寸法いずれの場合であっても、試験回数５０００回のサイクル試験と、サイクル試験後の高温高湿試験後とにおいて、樹脂の剥離が発生していないことが確認された。【００６５】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６６】
１  第１主面、２  第２主面、３  外周面、４  肩部、５  傾斜面、６  第６主面、７  第５主面、８  樹脂、９  ゲートトレンチ、１０  炭化珪素基板、１１  ドリフト領域、１２  ボディ領域、１３  ソース領域、１４  コンタクト領域、１５  炭化珪素単結晶基板、１６  ガードリング、２０  炭化珪素エピタキシャル層、２１  コンタクト電極、２２  ゲート電極、２３  層間絶縁膜、２４  ゲート絶縁膜、２５  ドレイン電極、２６  絶縁膜、２７  応力緩衝層、２８  ソース電極、２９  ソース配線、３０  炭化珪素半導体チップ、３１  角領域、３２  辺領域、３３  第３主面、３４  第４主面、３５  長辺、３６  短辺、４０  内部領域（活性領域）、４１  第１肩領域、４２  第２肩領域、５０  外周領域、５１  第１外周領域部、５２  第２外周領域部、７３  はんだ層、７４  金属フレーム、９０  炭化珪素半導体素子、９１  側壁面、９２  底部、１００  炭化珪素半導体装置、１０１  第１方向、１０２  第２方向。
【図１】
2020012811.tif 000003
【図２】
2020012811.tif 000004
【図３】
2020012811.tif 000005
【図４】
2020012811.tif 000006
【図５】
2020012811.tif 000007
【図６】
2020012811.tif 000008
【図７】
2020012811.tif 000009
【図８】
2020012811.tif 000010
【図９】
2020012811.tif 000011
【国際調査報告】
2020012811.tif 000012
2020012811.tif 000013
2020012811.tif 000014
2020012811.tif 000015