以下では、本発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
The following describes in detail an embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings.
本発明の実施形態では、六方晶からなるSiC(炭化シリコン)単結晶が適用される。六方晶からなるSiC単結晶は、原子配列の周期に応じて、2H(Hexagonal)-SiC単結晶、4H-SiC単結晶および6H-SiC単結晶を含む複数種のポリタイプを有している。本発明の実施形態では、4H-SiC単結晶が適用された例について説明するが、他のポリタイプを本発明から除外するものではない。
In an embodiment of the present invention, a SiC (silicon carbide) single crystal made of a hexagonal crystal is applied. The SiC single crystal made of a hexagonal crystal has a number of polytypes, including 2H (Hexagonal)-SiC single crystal, 4H-SiC single crystal, and 6H-SiC single crystal, depending on the period of the atomic arrangement. In the embodiment of the present invention, an example in which a 4H-SiC single crystal is applied is described, but other polytypes are not excluded from the present invention.
以下、4H-SiC単結晶の結晶構造について説明する。図1は、本発明の実施形態に適用される4H-SiC単結晶の単位セル(以下、単に「単位セル」という。)を示す図である。図2は、図1に示す単位セルのシリコン面を示す平面図である。
The crystal structure of 4H-SiC single crystal will be described below. Figure 1 is a diagram showing a unit cell of 4H-SiC single crystal (hereinafter simply referred to as a "unit cell") that is applied to an embodiment of the present invention. Figure 2 is a plan view showing the silicon surface of the unit cell shown in Figure 1.
図1および図2を参照して、単位セルは、1つのSi原子に対して4つのC原子が四面体配列(正四面体配列)の関係で結合された四面体構造を含む。単位セルは、四面体構造が4周期積層された原子配列を有している。単位セルは、正六角形のシリコン面、正六角形のカーボン面、ならびに、シリコン面およびカーボン面を接続する6つの側面を有する六角柱構造を有している。
Referring to Figures 1 and 2, the unit cell includes a tetrahedral structure in which one Si atom and four C atoms are bonded in a tetrahedral arrangement (regular tetrahedral arrangement). The unit cell has an atomic arrangement in which four periods of tetrahedral structures are stacked. The unit cell has a hexagonal prism structure with regular hexagonal silicon faces, regular hexagonal carbon faces, and six side faces connecting the silicon faces and carbon faces.
シリコン面は、Si原子によって終端された終端面である。シリコン面では、正六角形の6つの頂点に1つのSi原子がそれぞれ位置し、正六角形の中心に1つのSi原子が位置している。
A silicon surface is a surface terminated by Si atoms. In a silicon surface, one Si atom is located at each of the six vertices of a regular hexagon, and one Si atom is located at the center of the regular hexagon.
カーボン面は、C原子によって終端された終端面である。カーボン面では、正六角形の6つの頂点に1つのC原子がそれぞれ位置し、正六角形の中心に1つのC原子が位置している。
A carbon surface is a surface terminated by C atoms. In a carbon surface, one C atom is located at each of the six vertices of a regular hexagon, and one C atom is located at the center of the regular hexagon.
単位セルの結晶面は、a1軸、a2軸、a3軸およびc軸を含む4つの座標軸(a1,a2,a3,c)によって定義される。4つの座標軸のうちのa3の値は、-(a1+a2)の値をとる。以下、六方晶の終端面の一例としてのシリコン面を基準にして、4H-SiC単結晶の結晶面について説明する。
The crystal planes of the unit cell are defined by four coordinate axes (a1, a2, a3, c) including the a1 axis, a2 axis, a3 axis, and c axis. Of the four coordinate axes, the value of a3 is -(a1 + a2). Below, the crystal planes of a 4H-SiC single crystal are explained using a silicon surface as a reference, as an example of a hexagonal crystal termination surface.
a1軸、a2軸およびa3軸は、シリコン面をc軸から見た平面視において、中心に位置するSi原子を基準に、最近接するSi原子の配列方向(以下、単に「最近接原子方向」という。)に沿ってそれぞれ設定されている。a1軸、a2軸およびa3軸は、それぞれ、Si原子の配列に倣って120°ずつ角度をずらして設定されている。
The a1, a2 and a3 axes are set along the arrangement direction of the nearest Si atoms (hereinafter simply referred to as the "nearest atom direction") with respect to the central Si atom in a planar view of the silicon surface seen from the c-axis. The a1, a2 and a3 axes are set at angles of 120° each, following the arrangement of the Si atoms.
c軸は、中心に位置するSi原子を基準に、シリコン面の法線方向に設定されている。シリコン面は、(0001)面である。カーボン面は、(000-1)面である。
The c-axis is set in the normal direction of the silicon surface, based on the Si atom located at the center. The silicon surface is the (0001) surface. The carbon surface is the (000-1) surface.
六角柱の側面は、シリコン面をc軸から見た平面視において、最近接原子方向に沿う6つの結晶面を含む。六角柱の側面は、より具体的には、シリコン面をc軸から見た平面視において、最近接する2つのSi原子をそれぞれ含む6つの結晶面を含む。
The side of the hexagonal prism includes six crystal planes along the nearest atom direction in a planar view of the silicon surface from the c-axis. More specifically, the side of the hexagonal prism includes six crystal planes each including the two nearest Si atoms in a planar view of the silicon surface from the c-axis.
六角柱の側面は、シリコン面をc軸から見た平面視において、a1軸の先端から時計回りに(1-100)面、(0-110)面、(-1010)面、(-1100)面、(01-10)面および(10-10)面を含む。
When viewed from the c-axis, the side of the hexagonal prism includes, clockwise from the tip of the a1 axis, the (1-100), (0-110), (-1010), (-1100), (01-10), and (10-10) planes.
六角柱の対角線に沿う対角面は、シリコン面をc軸から見た平面視において、最近接原子方向に交差する交差方向に沿う6つの結晶面を含む。六角柱の対角面は、より具体的には、シリコン面をc軸から見た平面視において、最近接しない2つのSi原子をそれぞれ含む6つの結晶面を含む。中心に位置するSi原子を基準に見たとき、最近接原子方向の交差方向は、最近接原子方向に直交する直交方向となる。
The diagonal plane along the diagonal line of the hexagonal prism includes six crystal planes along an intersecting direction that intersects with the nearest-neighbor atom direction when viewed from the c-axis in a plan view of the silicon surface. More specifically, the diagonal plane of the hexagonal prism includes six crystal planes each including two non-nearest Si atoms when viewed from the c-axis in a plan view of the silicon surface. When viewed from the perspective of the Si atom located in the center, the intersecting direction of the nearest-neighbor atom direction is an orthogonal direction that is perpendicular to the nearest-neighbor atom direction.
六角柱の対角面は、シリコン面をc軸から見た平面視において、(11-20)面、(1-210)面、(-2110)面、(-1-120)面、(-12-10)面および(2-1-10)面を含む。
The diagonal faces of the hexagonal prism include the (11-20), (1-210), (-2110), (-1-120), (-12-10), and (2-1-10) faces when viewed from the c-axis of the silicon surface.
単位セルの結晶方向は、結晶面の法線方向によって定義される。(1-100)面の法線方向は[1-100]方向である。(0-110)面の法線方向は[0-110]方向である。(-1010)面の法線方向は[-1010]方向である。(-1100)面の法線方向は[-1100]方向である。(01-10)面の法線方向は[01-10]方向である。(10-10)面の法線方向は[10-10]方向である。
The crystal orientation of the unit cell is defined by the normal direction of the crystal plane. The normal direction of the (1-100) plane is the [1-100] direction. The normal direction of the (0-110) plane is the [0-110] direction. The normal direction of the (-1010) plane is the [-1010] direction. The normal direction of the (-1100) plane is the [-1100] direction. The normal direction of the (01-10) plane is the [01-10] direction. The normal direction of the (10-10) plane is the [10-10] direction.
(11-20)面の法線方向は[11-20]方向である。(1-210)面の法線方向は[1-210]方向である。(-2110)面の法線方向は[-2110]方向である。(-1-120)面の法線方向は[-1-120]方向である。(-12-10)面の法線方向は[-12-10]方向である。(2-1-10)面の法線方向は[2-1-10]方向である。
The normal direction of the (11-20) plane is the [11-20] direction. The normal direction of the (1-210) plane is the [1-210] direction. The normal direction of the (-2110) plane is the [-2110] direction. The normal direction of the (-1-120) plane is the [-1-120] direction. The normal direction of the (-12-10) plane is the [-12-10] direction. The normal direction of the (2-1-10) plane is the [2-1-10] direction.
六方晶は6回対称であり、60°毎に等価な結晶面および等価な結晶方向が存在している。たとえば、(1-100)面、(0-110)面、(-1010)面、(-1100)面、(01-10)面および(10-10)面は、等価な結晶面を形成している。
Hexagonal crystals have six-fold symmetry, and there are equivalent crystal planes and equivalent crystal directions every 60°. For example, the (1-100) plane, (0-110) plane, (-1010) plane, (-1100) plane, (01-10) plane, and (10-10) plane form equivalent crystal planes.
また、[1-100]方向、[0-110]方向、[-1010]方向、[-1100]方向、[01-10]方向および[10-10]方向は、等価な結晶方向を形成している。また、[11-20]方向、[1-210]方向、[-2110]方向、[-1-120]方向、[-12-10]方向および[2-1-10]方向は、等価な結晶方向を形成している。
The [1-100], [0-110], [-1010], [-1100], [01-10] and [10-10] directions form equivalent crystal directions. The [11-20], [1-210], [-2110], [-1-120], [-12-10] and [2-1-10] directions form equivalent crystal directions.
c軸は、[0001]方向([000-1]方向)である。a1軸は、[2-1-10]方向([-2110]方向)である。a2軸は、[-12-10]方向([1-210]方向)である。a3軸は、[-1-120]方向([11-20]方向)である。
The c-axis is in the [0001] direction ([000-1] direction). The a1-axis is in the [2-1-10] direction ([-2110] direction). The a2-axis is in the [-12-10] direction ([1-210] direction). The a3-axis is in the [-1-120] direction ([11-20] direction).
(0001)面および(000-1)面は、c面と総称される。[0001]方向および[000-1]方向は、c軸方向と総称される。(11-20)面および(-1-120)面は、a面と総称される。[11-20]方向および[-1-120]方向は、a軸方向と総称される。(1-100)面および(-1100)面は、m面と総称される。[1-100]方向および[-1100]方向は、m軸方向と総称される。
The (0001) and (000-1) planes are collectively referred to as c-planes. The [0001] and [000-1] directions are collectively referred to as the c-axis direction. The (11-20) and (-1-120) planes are collectively referred to as a-planes. The [11-20] and [-1-120] directions are collectively referred to as the a-axis direction. The (1-100) and (-1100) planes are collectively referred to as m-planes. The [1-100] and [-1100] directions are collectively referred to as the m-axis direction.
図3は、本発明の第1実施形態に係るSiC半導体装置1を1つの角度から見た斜視図であって、粗面領域20A~20Dおよび滑面領域21A~21Dの第1形態例を示す斜視図である。図4は、図3に示すSiC半導体装置1を別の角度から見た斜視図である。
Figure 3 is a perspective view of the SiC semiconductor device 1 according to the first embodiment of the present invention, seen from one angle, showing a first example of the rough surface regions 20A-20D and the smooth surface regions 21A-21D. Figure 4 is a perspective view of the SiC semiconductor device 1 shown in Figure 3, seen from another angle.
図5は、図3に示す領域Vの拡大図である。図6は、図3に示す領域VIの拡大図である。図7は、図3に示すSiC半導体装置1の平面図である。図8は、図7に示すVIII-VIII線に沿う断面図である。
Figure 5 is an enlarged view of region V shown in Figure 3. Figure 6 is an enlarged view of region VI shown in Figure 3. Figure 7 is a plan view of the SiC semiconductor device 1 shown in Figure 3. Figure 8 is a cross-sectional view taken along line VIII-VIII shown in Figure 7.
図3~図8を参照して、SiC半導体装置1は、SiC半導体層2を含む。SiC半導体層2は、六方晶からなるSiC単結晶の一例としての4H-SiC単結晶を含む。SiC半導体層2は、直方体形状のチップ状に形成されている。
Referring to Figures 3 to 8, the SiC semiconductor device 1 includes a SiC semiconductor layer 2. The SiC semiconductor layer 2 includes a 4H-SiC single crystal, which is an example of a SiC single crystal made of a hexagonal crystal. The SiC semiconductor layer 2 is formed in the shape of a rectangular parallelepiped chip.
SiC半導体層2は、一方側の第1主面3、他方側の第2主面4、ならびに、第1主面3および第2主面4を接続する側面5A,5B,5C,5Dを有している。第1主面3および第2主面4は、それらの法線方向Zから見た平面視(以下、単に「平面視」という。)において四角形状(この形態では正方形状)に形成されている。
The SiC semiconductor layer 2 has a first main surface 3 on one side, a second main surface 4 on the other side, and side surfaces 5A, 5B, 5C, and 5D connecting the first main surface 3 and the second main surface 4. The first main surface 3 and the second main surface 4 are formed in a quadrangular shape (square shape in this embodiment) in a plan view (hereinafter simply referred to as "plan view") seen from their normal direction Z.
第1主面3は、半導体素子が形成された素子形成面である。SiC半導体層2の第2主面4は、研削痕を有する研削面からなる。側面5A~5Dは、それぞれSiC単結晶の結晶面に面する劈開面からなる。側面5A~5Dは、研削痕を有していない。
The first main surface 3 is an element formation surface on which a semiconductor element is formed. The second main surface 4 of the SiC semiconductor layer 2 is a ground surface having grinding marks. The side surfaces 5A to 5D are each cleavage planes facing the crystal planes of the SiC single crystal. The side surfaces 5A to 5D do not have grinding marks.
SiC半導体層2の第1主面3は、この形態では、非実装面として形成されている。SiC半導体層2の第2主面4は、この形態では、実装面として形成されている。SiC半導体層2が接続対象物に実装される場合、SiC半導体層2は、第2主面4を対向させた姿勢で接続対象物に実装される。接続対象物としては、電子部品、リードフレーム、回路基板等が例示される。
In this embodiment, the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2 is formed as a non-mounting surface. In this embodiment, the second main surface 4 of the SiC semiconductor layer 2 is formed as a mounting surface. When the SiC semiconductor layer 2 is mounted on a connection object, the SiC semiconductor layer 2 is mounted on the connection object with the second main surface 4 facing the connection object. Examples of connection objects include electronic components, lead frames, circuit boards, etc.
SiC半導体層2の厚さTLは、40μm以上200μm以下であってもよい。厚さTLは、40μm以上60μm以下、60μm以上80μm以下、80μm以上100μm以下、100μm以上120μm以下、120μm以上140μm以下、140μm以上160μm以下、160μm以上180μm以下または180μm以上200μm以下であってもよい。厚さTLは、60μm以上150μm以下であることが好ましい。
The thickness TL of the SiC semiconductor layer 2 may be 40 μm or more and 200 μm or less. The thickness TL may be 40 μm or more and 60 μm or less, 60 μm or more and 80 μm or less, 80 μm or more and 100 μm or less, 100 μm or more and 120 μm or less, 120 μm or more and 140 μm or less, 140 μm or more and 160 μm or less, 160 μm or more and 180 μm or less, or 180 μm or more and 200 μm or less. The thickness TL is preferably 60 μm or more and 150 μm or less.
第1主面3および第2主面4は、この形態では、SiC単結晶のc面に面している。第1主面3は、(0001)面(シリコン面)に面している。第2主面4は、SiC単結晶の(000-1)面(カーボン面)に面している。
In this embodiment, the first main surface 3 and the second main surface 4 face the c-plane of the SiC single crystal. The first main surface 3 faces the (0001) plane (silicon plane). The second main surface 4 faces the (000-1) plane (carbon plane) of the SiC single crystal.
第1主面3および第2主面4は、SiC単結晶のc面に対して[11-20]方向に10°以下の角度で傾斜したオフ角θを有している。法線方向Zは、SiC単結晶のc軸([0001]方向)に対してオフ角θ分だけ傾斜している。
The first and second main surfaces 3 and 4 have an off angle θ that is inclined at an angle of 10° or less in the [11-20] direction with respect to the c-plane of the SiC single crystal. The normal direction Z is inclined by the off angle θ with respect to the c-axis ([0001] direction) of the SiC single crystal.
オフ角θは、0°以上5.0°以下であってもよい。オフ角θは、0°以上1.0°以下、1.0°以上1.5°以下、1.5°以上2.0°以下、2.0°以上2.5°以下、2.5°以上3.0°以下、3.0°以上3.5°以下、3.5°以上4.0°以下、4.0°以上4.5°以下または4.5°以上5.0°以下の角度の範囲に設定されてもよい。オフ角θは、0°を超えていることが好ましい。オフ角θは、4.0°未満であってもよい。
The off angle θ may be 0° or more and 5.0° or less. The off angle θ may be set in the range of 0° or more and 1.0° or less, 1.0° or more and 1.5° or less, 1.5° or more and 2.0° or less, 2.0° or more and 2.5° or less, 2.5° or more and 3.0° or less, 3.0° or more and 3.5° or less, 3.5° or more and 4.0° or less, 4.0° or more and 4.5° or less, or 4.5° or more and 5.0° or less. It is preferable that the off angle θ is greater than 0°. The off angle θ may be less than 4.0°.
オフ角θは、3.0°以上4.5°以下の角度の範囲に設定されていてもよい。この場合、オフ角θは、3.0°以上3.5°以下または3.5°以上4.0°以下の角度の範囲に設定されていることが好ましい。
The off angle θ may be set in the range of 3.0° to 4.5°. In this case, it is preferable that the off angle θ is set in the range of 3.0° to 3.5° or 3.5° to 4.0°.
オフ角θは、1.5°以上3.0°以下の角度の範囲に設定されていてもよい。この場合、オフ角θは、1.5°以上2.0°以下または2.0°以上2.5°以下の角度の範囲に設定されていることが好ましい。
The off angle θ may be set in the range of 1.5° to 3.0°. In this case, it is preferable that the off angle θ is set in the range of 1.5° to 2.0° or 2.0° to 2.5°.
側面5A~5Dの長さは、それぞれ、0.5mm以上10mm以下であってもよい。側面5A~5Dの表面積は、この形態では、互いに等しい。第1主面3および第2主面4が平面視において長方形状に形成されている場合、側面5A,5Cの表面積は、側面5B,5Dの表面積未満であってもよいし、側面5B,5Dの表面積を超えていてもよい。
The length of each of the sides 5A to 5D may be 0.5 mm or more and 10 mm or less. In this embodiment, the surface areas of the sides 5A to 5D are equal to each other. When the first main surface 3 and the second main surface 4 are formed in a rectangular shape in a plan view, the surface areas of the sides 5A and 5C may be less than the surface areas of the sides 5B and 5D, or may be greater than the surface areas of the sides 5B and 5D.
側面5Aおよび側面5Cは、この形態では、第1方向Xに沿って延び、第1方向Xに交差する第2方向Yに互いに対向している。側面5Bおよび側面5Dは、この形態では、第2方向Yに沿って延び、第1方向Xに互いに対向している。第2方向Yは、より具体的には第1方向Xに直交する方向である。
In this embodiment, side 5A and side 5C extend along a first direction X and face each other in a second direction Y that intersects with the first direction X. In this embodiment, side 5B and side 5D extend along the second direction Y and face each other in the first direction X. More specifically, the second direction Y is a direction perpendicular to the first direction X.
第1方向Xは、この形態では、SiC単結晶のm軸方向([1-100]方向)に設定されている。第2方向Yは、SiC単結晶のa軸方向([11-20]方向)に設定されている。
In this embodiment, the first direction X is set to the m-axis direction ([1-100] direction) of the SiC single crystal. The second direction Y is set to the a-axis direction ([11-20] direction) of the SiC single crystal.
側面5Aおよび側面5Cは、SiC単結晶のa面によって形成され、a軸方向に互いに対向している。側面5Aは、SiC単結晶の(-1-120)面によって形成されている。側面5Cは、SiC単結晶の(11-20)面によって形成されている。
Side 5A and side 5C are formed by the a-plane of the SiC single crystal and face each other in the a-axis direction. Side 5A is formed by the (-1-120) plane of the SiC single crystal. Side 5C is formed by the (11-20) plane of the SiC single crystal.
側面5Bおよび側面5Dは、SiC単結晶のm面によって形成され、m軸方向に互いに対向している。側面5Bは、SiC単結晶の(-1100)面によって形成されている。側面5Dは、SiC単結晶の(1-100)面によって形成されている。
Side 5B and side 5D are formed by the m-plane of the SiC single crystal and face each other in the m-axis direction. Side 5B is formed by the (-1100) plane of the SiC single crystal. Side 5D is formed by the (1-100) plane of the SiC single crystal.
側面5Aおよび側面5Cは、SiC半導体層2の第1主面3の法線を基準にしたとき、法線に対してSiC単結晶のc軸方向([0001]方向)に向けて傾斜した傾斜面を形成していてもよい。
When the normal to the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2 is used as a reference, the side surface 5A and the side surface 5C may form an inclined surface that is inclined toward the c-axis direction ([0001] direction) of the SiC single crystal with respect to the normal.
この場合、側面5Aおよび側面5Cは、SiC半導体層2の第1主面3の法線を0°としたとき、SiC半導体層2の第1主面3の法線に対してオフ角θに応じた角度で傾斜していてもよい。オフ角θに応じた角度は、オフ角θと等しくてもよいし、0°を超えてオフ角θ未満の角度であってもよい。
In this case, when the normal to the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2 is set to 0°, the side surface 5A and the side surface 5C may be inclined at an angle corresponding to the off angle θ with respect to the normal to the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2. The angle corresponding to the off angle θ may be equal to the off angle θ or may be an angle greater than 0° and less than the off angle θ.
一方、側面5Bおよび側面5Dは、SiC半導体層2の第1主面3の法線に沿って平面的に延びている。側面5Bおよび側面5Dは、より具体的には、第1主面3および第2主面4に対して略垂直に形成されている。
On the other hand, side surface 5B and side surface 5D extend planarly along the normal to first main surface 3 of SiC semiconductor layer 2. More specifically, side surface 5B and side surface 5D are formed approximately perpendicular to first main surface 3 and second main surface 4.
SiC半導体層2は、この形態では、n+型のSiC半導体基板6およびn型のSiCエピタキシャル層7を含む積層構造を有している。SiC半導体基板6によって、SiC半導体層2の第2主面4が形成されている。
In this embodiment, the SiC semiconductor layer 2 has a layered structure including an n + type SiC semiconductor substrate 6 and an n type SiC epitaxial layer 7. The SiC semiconductor substrate 6 forms a second main surface 4 of the SiC semiconductor layer 2.
SiCエピタキシャル層7によって、SiC半導体層2の第1主面3が形成されている。SiC半導体基板6およびSiCエピタキシャル層7によって、SiC半導体層2の側面5A~5Dが形成されている。
The first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2 is formed by the SiC epitaxial layer 7. The side surfaces 5A to 5D of the SiC semiconductor layer 2 are formed by the SiC semiconductor substrate 6 and the SiC epitaxial layer 7.
SiCエピタキシャル層7のn型不純物濃度は、SiC半導体基板6のn型不純物濃度以下である。SiCエピタキシャル層7のn型不純物濃度は、より具体的には、SiC半導体基板6のn型不純物濃度未満である。SiC半導体基板6のn型不純物濃度は、1.0×1018cm-3以上1.0×1021cm-3以下であってもよい。SiCエピタキシャル層7のn型不純物濃度は、1.0×1015cm-3以上1.0×1018cm-3以下であってもよい。
The n-type impurity concentration of the SiC epitaxial layer 7 is equal to or lower than the n-type impurity concentration of the SiC semiconductor substrate 6. More specifically, the n-type impurity concentration of the SiC epitaxial layer 7 is lower than the n-type impurity concentration of the SiC semiconductor substrate 6. The n-type impurity concentration of the SiC semiconductor substrate 6 may be equal to or higher than 1.0×10 18 cm -3 and equal to or lower than 1.0×10 21 cm -3 . The n-type impurity concentration of the SiC epitaxial layer 7 may be equal to or higher than 1.0×10 15 cm -3 and equal to or lower than 1.0×10 18 cm -3 .
SiC半導体基板6の厚さTSは、40μm以上150μm以下であってもよい。厚さTSは、40μm以上50μm以下、50μm以上60μm以下、60μm以上70μm以下、70μm以上80μm以下、80μm以上90μm以下、90μm以上100μm以下、100μm以上110μm以下、110μm以上120μm以下、120μm以上130μm以下、130μm以上140μm以下または140μm以上150μm以下であってもよい。厚さTSは、40μm以上130μm以下であることが好ましい。SiC半導体基板6の薄化によって、電流経路の短縮による抵抗値の低減を図ることができる。
The thickness TS of the SiC semiconductor substrate 6 may be 40 μm or more and 150 μm or less. The thickness TS may be 40 μm or more and 50 μm or less, 50 μm or more and 60 μm or less, 60 μm or more and 70 μm or less, 70 μm or more and 80 μm or less, 80 μm or more and 90 μm or less, 90 μm or more and 100 μm or less, 100 μm or more and 110 μm or less, 110 μm or more and 120 μm or less, 120 μm or more and 130 μm or less, 130 μm or more and 140 μm or less, or 140 μm or more and 150 μm or less. The thickness TS is preferably 40 μm or more and 130 μm or less. By thinning the SiC semiconductor substrate 6, the resistance value can be reduced by shortening the current path.
SiCエピタキシャル層7の厚さTEは、1μm以上50μm以下であってもよい。厚さTEは、1μm以上5μm以下、5μm以上10μm以下、10μm以上15μm以下、15μm以上20μm以下、20μm以上25μm以下、25μm以上30μm以下、30μm以上35μm以下、35μm以上40μm以下、40μm以上45μm以下または45μm以上50μm以下であってもよい。厚さTEは、5μm以上15μm以下であることが好ましい。
The thickness TE of the SiC epitaxial layer 7 may be 1 μm or more and 50 μm or less. The thickness TE may be 1 μm or more and 5 μm or less, 5 μm or more and 10 μm or less, 10 μm or more and 15 μm or less, 15 μm or more and 20 μm or less, 20 μm or more and 25 μm or less, 25 μm or more and 30 μm or less, 30 μm or more and 35 μm or less, 35 μm or more and 40 μm or less, 40 μm or more and 45 μm or less, or 45 μm or more and 50 μm or less. The thickness TE is preferably 5 μm or more and 15 μm or less.
SiC半導体層2には、アクティブ領域8および外側領域9が設定されている。アクティブ領域8は、半導体素子の一例としてのショットキーバリアダイオードDが形成された領域である。外側領域9は、アクティブ領域8の外側の領域である。
The SiC semiconductor layer 2 has an active region 8 and an outer region 9. The active region 8 is a region in which a Schottky barrier diode D, which is an example of a semiconductor element, is formed. The outer region 9 is a region outside the active region 8.
アクティブ領域8は、平面視においてSiC半導体層2の側面5A~5Dから内方領域に間隔を空けてSiC半導体層2の中央部に設定されている。アクティブ領域8は、平面視においてSiC半導体層2の側面5A~5Dに平行な4辺を有する四角形状に設定されている。
The active region 8 is set in the center of the SiC semiconductor layer 2, spaced apart from the side surfaces 5A to 5D of the SiC semiconductor layer 2 in a plan view. The active region 8 is set in a quadrangle shape having four sides parallel to the side surfaces 5A to 5D of the SiC semiconductor layer 2 in a plan view.
外側領域9は、SiC半導体層2の側面5A~5Dおよびアクティブ領域8の周縁の間の領域に設定されている。外側領域9は、平面視においてアクティブ領域8を取り囲む無端状(この形態では四角環状)に設定されている。
The outer region 9 is set in the region between the side surfaces 5A-5D of the SiC semiconductor layer 2 and the periphery of the active region 8. The outer region 9 is set in an endless shape (a square ring in this embodiment) surrounding the active region 8 in a plan view.
SiC半導体層2の第1主面3の上には、主面絶縁層10が形成されている。主面絶縁層10は、アクティブ領域8および外側領域9を選択的に被覆している。主面絶縁層10は、酸化シリコン(SiO2)層または窒化シリコン(SiN)層からなる単層構造を有していてもよい。
A main surface insulating layer 10 is formed on the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2. The main surface insulating layer 10 selectively covers the active region 8 and the outer region 9. The main surface insulating layer 10 may have a single-layer structure made of a silicon oxide (SiO 2 ) layer or a silicon nitride (SiN) layer.
主面絶縁層10は、酸化シリコン層および窒化シリコン層を含む積層構造を有していてもよい。酸化シリコン層は、窒化シリコン層の上に形成されていてもよい。窒化シリコン層は、酸化シリコン層の上に形成されていてもよい。主面絶縁層10は、この形態では、酸化シリコン層からなる単層構造を有している。
The main surface insulating layer 10 may have a laminated structure including a silicon oxide layer and a silicon nitride layer. The silicon oxide layer may be formed on the silicon nitride layer. The silicon nitride layer may be formed on the silicon oxide layer. In this embodiment, the main surface insulating layer 10 has a single layer structure consisting of a silicon oxide layer.
主面絶縁層10は、SiC半導体層2の側面5A~5Dから露出する絶縁側面11A,11B,11C,11Dを有している。絶縁側面11A~11Dは、側面5A~5Dに連なっている。絶縁側面11A~11Dは、側面5A~5Dに対して面一に形成されている。絶縁側面11A~11Dは、劈開面からなる。
The main surface insulating layer 10 has insulating side surfaces 11A, 11B, 11C, and 11D exposed from the side surfaces 5A to 5D of the SiC semiconductor layer 2. The insulating side surfaces 11A to 11D are continuous with the side surfaces 5A to 5D. The insulating side surfaces 11A to 11D are formed flush with the side surfaces 5A to 5D. The insulating side surfaces 11A to 11D are made of cleavage planes.
主面絶縁層10の厚さは、1μm以上50μm以下であってもよい。主面絶縁層10の厚さは、1μm以上10μm以下、10μm以上20μm以下、20μm以上30μm以下、30μm以上40μm以下または40μm以上50μm以下であってもよい。
The thickness of the main surface insulating layer 10 may be 1 μm or more and 50 μm or less. The thickness of the main surface insulating layer 10 may be 1 μm or more and 10 μm or less, 10 μm or more and 20 μm or less, 20 μm or more and 30 μm or less, 30 μm or more and 40 μm or less, or 40 μm or more and 50 μm or less.
主面絶縁層10の上には、第1主面電極層12が形成されている。第1主面電極層12は、平面視においてSiC半導体層2の側面5A~5Dから内方領域に間隔を空けてSiC半導体層2の中央部に形成されている。
A first principal surface electrode layer 12 is formed on the principal surface insulating layer 10. The first principal surface electrode layer 12 is formed in the center of the SiC semiconductor layer 2, spaced apart from the side surfaces 5A to 5D of the SiC semiconductor layer 2 in a plan view.
主面絶縁層10の上には、パッシベーション層13(絶縁層)が形成されている。パッシベーション層13は、酸化シリコン層または窒化シリコン層からなる単層構造を有していてもよい。
A passivation layer 13 (insulating layer) is formed on the main surface insulating layer 10. The passivation layer 13 may have a single-layer structure made of a silicon oxide layer or a silicon nitride layer.
パッシベーション層13は、酸化シリコン層および窒化シリコン層を含む積層構造を有していてもよい。酸化シリコン層は、窒化シリコン層の上に形成されていてもよい。窒化シリコン層は、酸化シリコン層の上に形成されていてもよい。パッシベーション層13は、この形態では、窒化シリコン層からなる単層構造を有している。
The passivation layer 13 may have a laminated structure including a silicon oxide layer and a silicon nitride layer. The silicon oxide layer may be formed on the silicon nitride layer. The silicon nitride layer may be formed on the silicon oxide layer. In this embodiment, the passivation layer 13 has a single-layer structure consisting of a silicon nitride layer.
パッシベーション層13の側面14A,14B,14C,14Dは、平面視においてSiC半導体層2の側面5A~5Dから内方領域に間隔を空けて形成されている。パッシベーション層13は、平面視においてSiC半導体層2の第1主面3の周縁部を露出させている。パッシベーション層13は、主面絶縁層10を露出させている。
The side surfaces 14A, 14B, 14C, and 14D of the passivation layer 13 are formed at intervals inward from the side surfaces 5A to 5D of the SiC semiconductor layer 2 in a plan view. The passivation layer 13 exposes the peripheral portion of the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2 in a plan view. The passivation layer 13 exposes the main surface insulating layer 10.
パッシベーション層13には、第1主面電極層12の一部をパッド領域として露出させるサブパッド開口15が形成されている。サブパッド開口15は、平面視においてSiC半導体層2の側面5A~5Dに平行な4辺を有する四角形状に形成されている。
A subpad opening 15 is formed in the passivation layer 13, exposing a portion of the first principal surface electrode layer 12 as a pad region. The subpad opening 15 is formed in a quadrangle shape having four sides parallel to the side surfaces 5A to 5D of the SiC semiconductor layer 2 in a plan view.
パッシベーション層13の厚さは、1μm以上50μm以下であってもよい。パッシベーション層13の厚さは、1μm以上10μm以下、10μm以上20μm以下、20μm以上30μm以下、30μm以上40μm以下または40μm以上50μm以下であってもよい。
The thickness of the passivation layer 13 may be 1 μm or more and 50 μm or less. The thickness of the passivation layer 13 may be 1 μm or more and 10 μm or less, 10 μm or more and 20 μm or less, 20 μm or more and 30 μm or less, 30 μm or more and 40 μm or less, or 40 μm or more and 50 μm or less.
パッシベーション層13の上には、樹脂層16(絶縁層)が形成されている。パッシベーション層13および樹脂層16は、1つの絶縁積層構造(絶縁層)を形成している。図7では、樹脂層16がハッチングによって示されている。
A resin layer 16 (insulating layer) is formed on the passivation layer 13. The passivation layer 13 and the resin layer 16 form a single insulating laminated structure (insulating layer). In FIG. 7, the resin layer 16 is shown by hatching.
樹脂層16は、ネガティブタイプまたはポジティブタイプの感光性樹脂を含んでいてもよい。樹脂層16は、この形態では、ポジティブタイプの感光性樹脂の一例としてのポリベンゾオキサゾールを含む。樹脂層16は、ネガティブタイプの感光性樹脂の一例としてのポリイミドを含んでいてもよい。
The resin layer 16 may contain a negative type or a positive type photosensitive resin. In this embodiment, the resin layer 16 contains polybenzoxazole as an example of a positive type photosensitive resin. The resin layer 16 may contain polyimide as an example of a negative type photosensitive resin.
樹脂層16の樹脂側面17A,17B,17C,17Dは、平面視においてSiC半導体層2の側面5A~5Dから内方領域に間隔を空けて形成されている。樹脂層16は、平面視においてSiC半導体層2の第1主面3の周縁部を露出させている。樹脂層16は、パッシベーション層13と共に主面絶縁層10を露出させている。樹脂層16の樹脂側面17A~17Dは、この形態では、パッシベーション層13の側面14A~14Dに面一に形成されている。
The resin side surfaces 17A, 17B, 17C, and 17D of the resin layer 16 are formed at intervals inward from the side surfaces 5A to 5D of the SiC semiconductor layer 2 in a plan view. The resin layer 16 exposes the peripheral portion of the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2 in a plan view. The resin layer 16 exposes the main surface insulating layer 10 together with the passivation layer 13. In this embodiment, the resin side surfaces 17A to 17D of the resin layer 16 are formed flush with the side surfaces 14A to 14D of the passivation layer 13.
樹脂層16の樹脂側面17A~17Dは、一枚のSiC半導体ウエハからSiC半導体装置1を切り出す際にダイシングストリートを区画していた部分である。この形態では、パッシベーション層13の側面14A~14Dもダイシングストリートを区画していた部分である。
The resin side surfaces 17A-17D of the resin layer 16 are the parts that define the dicing streets when the SiC semiconductor device 1 is cut out from a single SiC semiconductor wafer. In this embodiment, the side surfaces 14A-14D of the passivation layer 13 are also the parts that define the dicing streets.
樹脂層16やパッシベーション層13からSiC半導体層2の第1主面3の周縁部を露出させることにより、樹脂層16やパッシベーション層13を物理的に切断する必要がなくなる。これにより、一枚のSiC半導体ウエハからSiC半導体装置1を円滑に切り出すことができる。また、SiC半導体層2の側面5A~5Dからの絶縁距離を増加させることができる。
By exposing the peripheral portion of the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2 from the resin layer 16 and the passivation layer 13, it is no longer necessary to physically cut the resin layer 16 and the passivation layer 13. This makes it possible to smoothly cut out the SiC semiconductor device 1 from one SiC semiconductor wafer. In addition, the insulation distance from the side surfaces 5A to 5D of the SiC semiconductor layer 2 can be increased.
側面5A~5Dおよび樹脂側面17A~17D(側面14A~14D)の間の距離は、1μm以上25μm以下であってもよい。側面5A~5Dおよび樹脂側面17A~17D(側面14A~14D)の間の距離は、1μm以上5μm以下、5μm以上10μm以下、10μm以上15μm以下、15μm以上20μm以下または20μm以上25μm以下であってもよい。むろん、パッシベーション層13の側面14A~14Dは、SiC半導体層2の側面5A~5Dに対して面一に形成されていてもよい。
The distance between the side surfaces 5A-5D and the resin side surfaces 17A-17D (side surfaces 14A-14D) may be 1 μm or more and 25 μm or less. The distance between the side surfaces 5A-5D and the resin side surfaces 17A-17D (side surfaces 14A-14D) may be 1 μm or more and 5 μm or less, 5 μm or more and 10 μm or less, 10 μm or more and 15 μm or less, 15 μm or more and 20 μm or less, or 20 μm or more and 25 μm or less. Of course, the side surfaces 14A-14D of the passivation layer 13 may be formed flush with the side surfaces 5A-5D of the SiC semiconductor layer 2.
樹脂層16には、第1主面電極層12の一部をパッド領域として露出させるパッド開口18が形成されている。パッド開口18は、平面視においてSiC半導体層2の側面5A~5Dに平行な4辺を有する四角形状に形成されている。
A pad opening 18 is formed in the resin layer 16, exposing a portion of the first principal surface electrode layer 12 as a pad region. The pad opening 18 is formed in a quadrangle shape having four sides parallel to the side surfaces 5A to 5D of the SiC semiconductor layer 2 in a plan view.
パッド開口18は、サブパッド開口15に連通している。パッド開口18の内壁は、サブパッド開口15の内壁に面一に形成されている。パッド開口18の内壁は、サブパッド開口15の内壁に対してSiC半導体層2の側面5A~5D側に位置していてもよい。パッド開口18の内壁は、サブパッド開口15の内壁に対してSiC半導体層2の内方領域に位置していてもよい。樹脂層16は、サブパッド開口15の内壁を被覆していてもよい。
The pad opening 18 is connected to the subpad opening 15. The inner wall of the pad opening 18 is formed flush with the inner wall of the subpad opening 15. The inner wall of the pad opening 18 may be located on the side of the side surfaces 5A to 5D of the SiC semiconductor layer 2 relative to the inner wall of the subpad opening 15. The inner wall of the pad opening 18 may be located in an inner region of the SiC semiconductor layer 2 relative to the inner wall of the subpad opening 15. The resin layer 16 may cover the inner wall of the subpad opening 15.
樹脂層16の厚さは、1μm以上50μm以下であってもよい。樹脂層16の厚さは、1μm以上10μm以下、10μm以上20μm以下、20μm以上30μm以下、30μm以上40μm以下または40μm以上50μm以下であってもよい。
The thickness of the resin layer 16 may be 1 μm or more and 50 μm or less. The thickness of the resin layer 16 may be 1 μm or more and 10 μm or less, 10 μm or more and 20 μm or less, 20 μm or more and 30 μm or less, 30 μm or more and 40 μm or less, or 40 μm or more and 50 μm or less.
SiC半導体層2の第2主面4の上には、第2主面電極層19が形成されている。第2主面電極層19は、SiC半導体層2の第2主面4(SiC半導体基板6)との間でオーミック接触を形成している。
A second principal surface electrode layer 19 is formed on the second principal surface 4 of the SiC semiconductor layer 2. The second principal surface electrode layer 19 forms an ohmic contact with the second principal surface 4 of the SiC semiconductor layer 2 (SiC semiconductor substrate 6).
SiC半導体層2の側面5A~5Dには、粗面領域20A~20Dおよび滑面領域21A~21Dがそれぞれ形成されている。粗面領域20A~20Dは、所定の面粗さRrの導入によって側面5A~5Dの一部の領域が粗面化された領域である。滑面領域21A~21Dは、側面5A~5Dにおいて粗面領域20A~20Dの面粗さRr未満の面粗さRs(Rs<Rr)を有する領域である。
Roughened regions 20A-20D and smooth regions 21A-21D are formed on the side surfaces 5A-5D of the SiC semiconductor layer 2, respectively. The roughened regions 20A-20D are regions of the side surfaces 5A-5D that have been roughened by introducing a predetermined surface roughness Rr. The smooth regions 21A-21D are regions of the side surfaces 5A-5D that have a surface roughness Rs that is less than the surface roughness Rr of the roughened regions 20A-20D (Rs<Rr).
粗面領域20A~20Dは、側面5Aに形成された粗面領域20A、側面5Bに形成された粗面領域20B、側面5Cに形成された粗面領域20C、および、側面5Dに形成された粗面領域20Dを含む。滑面領域21A~21Dは、側面5Aに形成された滑面領域21A、側面5Bに形成された滑面領域21B、側面5Cに形成された滑面領域21C、および、側面5Dに形成された滑面領域21Dを含む。
The rough surface regions 20A-20D include a rough surface region 20A formed on side 5A, a rough surface region 20B formed on side 5B, a rough surface region 20C formed on side 5C, and a rough surface region 20D formed on side 5D. The smooth surface regions 21A-21D include a smooth surface region 21A formed on side 5A, a smooth surface region 21B formed on side 5B, a smooth surface region 21C formed on side 5C, and a smooth surface region 21D formed on side 5D.
粗面領域20A~20Dは、側面5A~5DにおいてSiC半導体層2の第2主面4側の領域に形成されている。粗面領域20A~20Dは、この形態では、側面5A~5Dにおいて第2主面4側の角部からSiC半導体層2の厚さ方向途中部まで形成されている。
The rough surface regions 20A-20D are formed on the side surfaces 5A-5D in the regions on the second main surface 4 side of the SiC semiconductor layer 2. In this embodiment, the rough surface regions 20A-20D are formed on the side surfaces 5A-5D from the corners on the second main surface 4 side to the middle of the SiC semiconductor layer 2 in the thickness direction.
粗面領域20A~20Dは、SiC半導体層2の第1主面3から第2主面4に間隔を空けて形成されている。粗面領域20A~20Dは、側面5A~5DからSiC半導体層2の第1主面3の表層部を露出させている。粗面領域20A~20Dは、主面絶縁層10、パッシベーション層13および樹脂層16に形成されていない。
The rough surface regions 20A-20D are formed at intervals from the first main surface 3 to the second main surface 4 of the SiC semiconductor layer 2. The rough surface regions 20A-20D expose the surface portion of the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2 from the side surfaces 5A-5D. The rough surface regions 20A-20D are not formed in the main surface insulating layer 10, the passivation layer 13, and the resin layer 16.
粗面領域20A~20Dは、より具体的には、SiC半導体基板6の厚さ方向途中部に形成されている。粗面領域20A~20Dは、さらに具体的には、SiC半導体基板6およびSiCエピタキシャル層7の間の境界から第2主面4に間隔を空けて形成されている。これにより、粗面領域20A~20Dは、SiC半導体層2の第1主面3の表層部においてSiC半導体基板6の一部およびSiCエピタキシャル層7を露出させている。
More specifically, the rough surface regions 20A-20D are formed in the middle of the thickness direction of the SiC semiconductor substrate 6. More specifically, the rough surface regions 20A-20D are formed at intervals from the boundary between the SiC semiconductor substrate 6 and the SiC epitaxial layer 7 to the second main surface 4. As a result, the rough surface regions 20A-20D expose a part of the SiC semiconductor substrate 6 and the SiC epitaxial layer 7 at the surface layer of the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2.
粗面領域20A~20Dは、SiC半導体層2の第1主面3の接線方向に沿って帯状に延びている。第1主面3の接線方向は、法線方向Zに直交する方向である。接線方向は、第1方向X(SiC単結晶のm軸方向)および第2方向Y(SiC単結晶のa軸方向)を含む。
The rough surface regions 20A-20D extend in a band shape along the tangential direction of the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2. The tangential direction of the first main surface 3 is a direction perpendicular to the normal direction Z. The tangential direction includes a first direction X (the m-axis direction of the SiC single crystal) and a second direction Y (the a-axis direction of the SiC single crystal).
粗面領域20Aは、側面5Aにおいてm軸方向に沿って直線状に延びる帯状に形成されている。粗面領域20Bは、側面5Bにおいてa軸方向に沿って直線状に延びる帯状に形成されている。粗面領域20Cは、側面5Cにおいてm軸方向に沿って直線状に延びる帯状に形成されている。粗面領域20Dは、側面5Dにおいてa軸方向に沿って直線状に延びる帯状に形成されている。
The rough surface region 20A is formed in a band shape that extends linearly along the m-axis direction on the side surface 5A. The rough surface region 20B is formed in a band shape that extends linearly along the a-axis direction on the side surface 5B. The rough surface region 20C is formed in a band shape that extends linearly along the m-axis direction on the side surface 5C. The rough surface region 20D is formed in a band shape that extends linearly along the a-axis direction on the side surface 5D.
粗面領域20Aおよび粗面領域20Bは、SiC半導体層2における側面5Aおよび側面5Bを接続する角部において互いに連なっている。粗面領域20Bおよび粗面領域20Cは、SiC半導体層2における側面5Bおよび側面5Cを接続する角部において互いに連なっている。
Rough surface region 20A and rough surface region 20B are connected to each other at a corner that connects side surface 5A and side surface 5B of SiC semiconductor layer 2. Rough surface region 20B and rough surface region 20C are connected to each other at a corner that connects side surface 5B and side surface 5C of SiC semiconductor layer 2.
粗面領域20Cおよび粗面領域20Dは、SiC半導体層2における側面5Cおよび側面5Dを接続する角部において互いに連なっている。粗面領域20Dおよび粗面領域20Aは、SiC半導体層2における側面5Dおよび側面5Aを接続する角部において互いに連なっている。
Rough surface region 20C and rough surface region 20D are connected to each other at a corner that connects side surface 5C and side surface 5D in SiC semiconductor layer 2. Rough surface region 20D and rough surface region 20A are connected to each other at a corner that connects side surface 5D and side surface 5A in SiC semiconductor layer 2.
これにより、粗面領域20A~20Dは、SiC半導体層2を取り囲むように一体的に形成されている。粗面領域20A~20Dは、SiC半導体層2の側面5A~5DにおいてSiC半導体層2を取り囲む1つの無端状(環状)の粗面領域を形成している。
As a result, the rough surface regions 20A-20D are integrally formed to surround the SiC semiconductor layer 2. The rough surface regions 20A-20D form a single endless (annular) rough surface region that surrounds the SiC semiconductor layer 2 on the side surfaces 5A-5D of the SiC semiconductor layer 2.
法線方向Zに関して粗面領域20A~20Dの厚さTRは、SiC半導体層2の厚さTL未満(TR<TL)である。粗面領域20A~20Dの厚さTRは、SiC半導体基板6の厚さTS未満(TR<TS)であることが好ましい。
The thickness TR of the roughened regions 20A-20D in the normal direction Z is less than the thickness TL of the SiC semiconductor layer 2 (TR<TL). It is preferable that the thickness TR of the roughened regions 20A-20D is less than the thickness TS of the SiC semiconductor substrate 6 (TR<TS).
粗面領域20A~20Dの厚さTRは、SiCエピタキシャル層7の厚さTE以上(TR≧TE)であってもよい。粗面領域20Aの厚さTR、粗面領域20Bの厚さTR、粗面領域20Cの厚さTRおよび粗面領域20Dの厚さTRの厚さは、互いに等しくてもよいし、互いに異なっていてもよい。
The thickness TR of the rough surface regions 20A-20D may be equal to or greater than the thickness TE of the SiC epitaxial layer 7 (TR≧TE). The thickness TR of the rough surface region 20A, the thickness TR of the rough surface region 20B, the thickness TR of the rough surface region 20C, and the thickness TR of the rough surface region 20D may be equal to or different from each other.
SiC半導体層2の厚さTLに対する粗面領域20A~20Dの厚さTRの比TR/TLは、0.1以上1.0未満であることが好ましい。比TR/TLは、0.1以上0.2以下、0.2以上0.4以下、0.4以上0.6以下、0.6以上0.8以下または0.8以上1.0未満であってもよい。
The ratio TR/TL of the thickness TR of the roughened regions 20A-20D to the thickness TL of the SiC semiconductor layer 2 is preferably 0.1 or more and less than 1.0. The ratio TR/TL may be 0.1 or more and 0.2 or less, 0.2 or more and 0.4 or less, 0.4 or more and 0.6 or less, 0.6 or more and 0.8 or less, or 0.8 or more and less than 1.0.
比TR/TLは、0.1以上0.2以下、0.2以上0.3以下、0.3以上0.4以下、0.4以上0.5以下、0.5以上0.6以下、0.6以上0.7以下、0.7以上0.8以下、0.8以上0.9以下または0.9以上1.0未満であってもよい。比TR/TLは、0.2以上0.5以下であることが好ましい。
The ratio TR/TL may be 0.1 or more and 0.2 or less, 0.2 or more and 0.3 or less, 0.3 or more and 0.4 or less, 0.4 or more and 0.5 or less, 0.5 or more and 0.6 or less, 0.6 or more and 0.7 or less, 0.7 or more and 0.8 or less, 0.8 or more and 0.9 or less, or 0.9 or more and less than 1.0. The ratio TR/TL is preferably 0.2 or more and 0.5 or less.
SiC半導体基板6の厚さTSに対する粗面領域20A~20Dの厚さTRの比TR/TSは、0.1以上1.0未満であることがさらに好ましい。比TR/TSは、0.1以上0.2以下、0.2以上0.4以下、0.4以上0.6以下、0.6以上0.8以下または0.8以上1.0未満であってもよい。
It is more preferable that the ratio TR/TS of the thickness TR of the roughened regions 20A-20D to the thickness TS of the SiC semiconductor substrate 6 is 0.1 or more and less than 1.0. The ratio TR/TS may be 0.1 or more and 0.2 or less, 0.2 or more and 0.4 or less, 0.4 or more and 0.6 or less, 0.6 or more and 0.8 or less, or 0.8 or more and less than 1.0.
比TR/TSは、0.1以上0.2以下、0.2以上0.3以下、0.3以上0.4以下、0.4以上0.5以下、0.5以上0.6以下、0.6以上0.7以下、0.7以上0.8以下、0.8以上0.9以下または0.9以上1.0未満であってもよい。比TR/TSは、0.2以上0.5以下であることが好ましい。
The ratio TR/TS may be 0.1 or more and 0.2 or less, 0.2 or more and 0.3 or less, 0.3 or more and 0.4 or less, 0.4 or more and 0.5 or less, 0.5 or more and 0.6 or less, 0.6 or more and 0.7 or less, 0.7 or more and 0.8 or less, 0.8 or more and 0.9 or less, or 0.9 or more and less than 1.0. The ratio TR/TS is preferably 0.2 or more and 0.5 or less.
粗面領域20A~20Dは、この形態では、改質ライン22A~22D(改質層)をそれぞれ含む。改質ライン22A~22Dは、側面5A~5Dを形成するSiC単結晶の一部がSiC単結晶とは異なる性質に改質された層状の領域を含む。つまり、粗面領域20A~20Dは、改質ライン22A~22Dによって粗面化された領域である。
In this embodiment, the rough surface regions 20A-20D include modification lines 22A-22D (modified layers), respectively. The modification lines 22A-22D include layered regions in which a portion of the SiC single crystal forming the side surface 5A-5D has been modified to have properties different from those of the SiC single crystal. In other words, the rough surface regions 20A-20D are regions that have been roughened by the modification lines 22A-22D.
改質ライン22A~22Dは、密度、屈折率または機械的強度(結晶強度)、もしくは、その他の物理的特性がSiC単結晶とは異なる性質に改質された領域を含む。改質ライン22A~22Dは、溶融再硬化層、欠陥層、絶縁破壊層または屈折率変化層のうちの少なくとも1つの層を含んでいてもよい。
The modified lines 22A-22D include regions in which the density, refractive index, mechanical strength (crystal strength), or other physical properties have been modified to have properties different from those of a SiC single crystal. The modified lines 22A-22D may include at least one of a melt-rehardened layer, a defect layer, a dielectric breakdown layer, or a refractive index change layer.
溶融再硬化層は、SiC半導体層2の一部が溶融した後再度硬化した層である。欠陥層は、SiC半導体層2に形成された空孔や亀裂等を含む層である。絶縁破壊層は、SiC半導体層2の一部が絶縁破壊した層である。屈折率変化層は、SiC半導体層2の一部がSiC単結晶とは異なる屈折率に変化した層である。
The melted rehardened layer is a layer in which part of the SiC semiconductor layer 2 melts and then hardens again. The defect layer is a layer that contains voids, cracks, etc. formed in the SiC semiconductor layer 2. The dielectric breakdown layer is a layer in which part of the SiC semiconductor layer 2 has undergone dielectric breakdown. The refractive index change layer is a layer in which part of the SiC semiconductor layer 2 has changed to a refractive index different from that of the SiC single crystal.
粗面領域20Aは、1層または複数層(2層以上。この形態では2層)の改質ライン22Aを含む。複数の改質ライン22Aは、この形態では、SiC半導体層2の第1主面3の接線方向に沿って帯状に延びている。複数の改質ライン22Aは、より具体的には、側面5Aにおいてm軸方向に沿って直線状に延びる帯状にそれぞれ形成されている。
The rough surface region 20A includes one or more layers (two or more layers; in this embodiment, two layers) of reforming lines 22A. In this embodiment, the reforming lines 22A extend in a band shape along the tangential direction of the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2. More specifically, the reforming lines 22A are each formed in a band shape that extends linearly along the m-axis direction on the side surface 5A.
複数の改質ライン22Aは、法線方向Zに互いにずれて形成されている。複数の改質ライン22Aは、法線方向Zに間隔を空けて形成されていてもよい。複数の改質ライン22Aは、法線方向Zに互いに重なっていてもよい。複数の改質ライン22Aの厚さの合計値によって、粗面領域20Aの厚さTRが定まる。複数の改質ライン22Aの厚さは、互いに等しくてもよいし、互いに異なっていてもよい。
The multiple reforming lines 22A are formed offset from one another in the normal direction Z. The multiple reforming lines 22A may be formed spaced apart from one another in the normal direction Z. The multiple reforming lines 22A may overlap one another in the normal direction Z. The thickness TR of the rough surface region 20A is determined by the sum of the thicknesses of the multiple reforming lines 22A. The thicknesses of the multiple reforming lines 22A may be equal to one another or different from one another.
粗面領域20Bは、1層または複数層(2層以上。この形態では2層)の改質ライン22Bを含む。複数の改質ライン22Bは、この形態では、SiC半導体層2の第1主面3の接線方向に沿って帯状に延びている。複数の改質ライン22Bは、より具体的には、側面5Bにおいてa軸方向に沿って直線状に延びる帯状にそれぞれ形成されている。
The rough surface region 20B includes one or more layers (two or more layers; in this embodiment, two layers) of reforming lines 22B. In this embodiment, the reforming lines 22B extend in a band shape along the tangential direction of the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2. More specifically, the reforming lines 22B are each formed in a band shape that extends linearly along the a-axis direction on the side surface 5B.
複数の改質ライン22Bは、法線方向Zに互いにずれて形成されている。複数の改質ライン22Bは、法線方向Zに間隔を空けて形成されていてもよい。複数の改質ライン22Bは、法線方向Zに互いに重なっていてもよい。複数の改質ライン22Bの厚さの合計値によって、粗面領域20Bの厚さTRが定まる。複数の改質ライン22Bの厚さは、互いに等しくてもよいし、互いに異なっていてもよい。
The multiple reforming lines 22B are formed offset from one another in the normal direction Z. The multiple reforming lines 22B may be formed spaced apart from one another in the normal direction Z. The multiple reforming lines 22B may overlap one another in the normal direction Z. The thickness TR of the rough surface region 20B is determined by the sum of the thicknesses of the multiple reforming lines 22B. The thicknesses of the multiple reforming lines 22B may be equal to one another or different from one another.
粗面領域20Cは、1層または複数層(2層以上。この形態では2層)の改質ライン22Cを含む。複数の改質ライン22Cは、この形態では、SiC半導体層2の第1主面3の接線方向に沿って帯状に延びている。複数の改質ライン22Cは、より具体的には、側面5Cにおいてm軸方向に沿って直線状に延びる帯状にそれぞれ形成されている。
The rough surface region 20C includes one or more layers (two or more layers; in this embodiment, two layers) of reforming lines 22C. In this embodiment, the reforming lines 22C extend in a band shape along the tangential direction of the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2. More specifically, the reforming lines 22C are each formed in a band shape that extends linearly along the m-axis direction on the side surface 5C.
複数の改質ライン22Cは、法線方向Zに互いにずれて形成されている。複数の改質ライン22Cは、法線方向Zに間隔を空けて形成されていてもよい。複数の改質ライン22Cは、法線方向Zに互いに重なっていてもよい。複数の改質ライン22Cの厚さの合計値によって、粗面領域20Cの厚さTRが定まる。複数の改質ライン22Cの厚さは、互いに等しくてもよいし、互いに異なっていてもよい。
The multiple reforming lines 22C are formed offset from one another in the normal direction Z. The multiple reforming lines 22C may be formed spaced apart from one another in the normal direction Z. The multiple reforming lines 22C may overlap one another in the normal direction Z. The thickness TR of the rough surface region 20C is determined by the sum of the thicknesses of the multiple reforming lines 22C. The thicknesses of the multiple reforming lines 22C may be equal to one another or different from one another.
粗面領域20Dは、1層または複数層(2層以上。この形態では2層)の改質ライン22Dを含む。複数の改質ライン22Dは、この形態では、SiC半導体層2の第1主面3の接線方向に沿って帯状に延びている。複数の改質ライン22Dは、より具体的には、側面5Dにおいてa軸方向に沿って直線状に延びる帯状にそれぞれ形成されている。
The rough surface region 20D includes one or more layers (two or more layers; in this embodiment, two layers) of reforming lines 22D. In this embodiment, the reforming lines 22D extend in a band shape along the tangential direction of the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2. More specifically, the reforming lines 22D are each formed in a band shape that extends linearly along the a-axis direction on the side surface 5D.
複数の改質ライン22Dは、法線方向Zに互いにずれて形成されている。複数の改質ライン22Dは、法線方向Zに間隔を空けて形成されていてもよい。複数の改質ライン22Dは、法線方向Zに互いに重なっていてもよい。複数の改質ライン22Dの厚さの合計値によって、粗面領域20Dの厚さTRが定まる。複数の改質ライン22Dの厚さは、互いに等しくてもよいし、互いに異なっていてもよい。
The multiple reforming lines 22D are formed offset from one another in the normal direction Z. The multiple reforming lines 22D may be formed spaced apart from one another in the normal direction Z. The multiple reforming lines 22D may overlap one another in the normal direction Z. The thickness TR of the rough surface region 20D is determined by the sum of the thicknesses of the multiple reforming lines 22D. The thicknesses of the multiple reforming lines 22D may be equal to one another or different from one another.
改質ライン22Aおよび改質ライン22Bは、SiC半導体層2における側面5Aおよび側面5Bを接続する角部において互いに連なっている。改質ライン22Bおよび改質ライン22Cは、SiC半導体層2における側面5Bおよび側面5Cを接続する角部において互いに連なっている。
The reforming line 22A and the reforming line 22B are connected to each other at a corner that connects the side 5A and the side 5B of the SiC semiconductor layer 2. The reforming line 22B and the reforming line 22C are connected to each other at a corner that connects the side 5B and the side 5C of the SiC semiconductor layer 2.
改質ライン22Cおよび改質ライン22Dは、SiC半導体層2における側面5Cおよび側面5Dを接続する角部において互いに連なっている。改質ライン22Dおよび改質ライン22Aは、SiC半導体層2における側面5Dおよび側面5Aを接続する角部において互いに連なっている。
The reforming line 22C and the reforming line 22D are connected to each other at a corner that connects the side 5C and the side 5D of the SiC semiconductor layer 2. The reforming line 22D and the reforming line 22A are connected to each other at a corner that connects the side 5D and the side 5A of the SiC semiconductor layer 2.
これにより、改質ライン22A~22Dは、SiC半導体層2を取り囲むように一体的に形成されている。改質ライン22A~22Dは、SiC半導体層2の側面5A~5DにおいてSiC半導体層2を取り囲む1つの無端状(環状)の改質ラインを形成している。
As a result, the reforming lines 22A to 22D are integrally formed to surround the SiC semiconductor layer 2. The reforming lines 22A to 22D form a single endless (annular) reforming line that surrounds the SiC semiconductor layer 2 on the side surfaces 5A to 5D of the SiC semiconductor layer 2.
図5を参照して、改質ライン22Aは、複数のa面改質部28(改質部)を含む。換言すると、改質ライン22Aは、複数のa面改質部28の集合体によって形成されている。複数のa面改質部28は、側面5Aから露出するSiC単結晶がSiC単結晶とは異なる性質に改質された部分である。側面5Aにおいて各a面改質部28の周囲の領域は、SiC単結晶とは異なる性質に改質されていてもよい。
Referring to FIG. 5, the modification line 22A includes a plurality of a-plane modified portions 28 (modified portions). In other words, the modification line 22A is formed by an assembly of a plurality of a-plane modified portions 28. The plurality of a-plane modified portions 28 are portions in which the SiC single crystal exposed from the side surface 5A has been modified to have properties different from those of the SiC single crystal. The area around each a-plane modified portion 28 on the side surface 5A may be modified to have properties different from those of the SiC single crystal.
複数のa面改質部28は、第1主面3側に位置する一端部28a、第2主面4側に位置する他端部28b、ならびに、一端部28aおよび他端部28bを接続する接続部28cをそれぞれ含む。
Each of the multiple a-plane modified portions 28 includes one end 28a located on the first main surface 3 side, the other end 28b located on the second main surface 4 side, and a connection portion 28c connecting the one end 28a and the other end 28b.
複数のa面改質部28は、法線方向Zに延びる線状にそれぞれ形成されている。これにより、複数のa面改質部28は、全体として縞状に形成されている。複数のa面改質部28は、m軸方向幅が一端部28a側から他端部28b側に向けて狭まる先細り形状に形成された複数のa面改質部28を含んでいてもよい。
The multiple a-plane modified regions 28 are each formed in a line extending in the normal direction Z. As a result, the multiple a-plane modified regions 28 are formed in a striped pattern as a whole. The multiple a-plane modified regions 28 may include multiple a-plane modified regions 28 formed in a tapered shape in which the m-axis direction width narrows from one end 28a side to the other end 28b side.
複数のa面改質部28は、m軸方向に互いに対向するようにm軸方向に間隔を空けて形成されている。複数のa面改質部28は、m軸方向に互いに重なり合っていてもよい。m軸方向に延びる1つの帯状の領域が、複数のa面改質部28の一端部28aを結ぶラインおよび複数のa面改質部28の他端部28bを結ぶラインによって形成されている。改質ライン22Aは、この帯状の領域によって形成されている。
The multiple a-plane modified portions 28 are formed at intervals in the m-axis direction so as to face each other in the m-axis direction. The multiple a-plane modified portions 28 may overlap each other in the m-axis direction. A band-shaped region extending in the m-axis direction is formed by a line connecting one end 28a of the multiple a-plane modified portions 28 and a line connecting the other end 28b of the multiple a-plane modified portions 28. The modified line 22A is formed by this band-shaped region.
複数のa面改質部28は、側面5Aを切り欠いた切欠部をそれぞれ形成していてもよい。複数のa面改質部28は、側面5Aからa軸方向に向けて窪んだリセスをそれぞれ形成していてもよい。複数のa面改質部28は、法線方向Zの長さやm軸方向幅に応じて点状(ドット状)に形成されていてもよい。
The multiple a-plane modified regions 28 may each form a notch by cutting out the side surface 5A. The multiple a-plane modified regions 28 may each form a recess recessed from the side surface 5A toward the a-axis direction. The multiple a-plane modified regions 28 may each be formed in a dot shape according to their length in the normal direction Z and their width in the m-axis direction.
m軸方向に関して、互いに隣り合う複数のa面改質部28の中央部間のピッチPRは、0μmを超えて20μm以下であってもよい。ピッチPRは、0μmを超えて5μm以下、5μm以上10μm以下、10μm以上15μm以下または15μm以上20μm以下であってもよい。
In the m-axis direction, the pitch PR between the central portions of adjacent a-plane modified portions 28 may be greater than 0 μm and less than 20 μm. The pitch PR may be greater than 0 μm and less than 5 μm, greater than 5 μm and less than 10 μm, greater than 10 μm and less than 15 μm, or greater than 15 μm and less than 20 μm.
m軸方向に関して、各a面改質部28の幅WRは、0μmを超えて20μm以下であってもよい。幅WRは、0μmを超えて5μm以下、5μm以上10μm以下、10μm以上15μm以下または15μm以上20μm以下であってもよい。
In the m-axis direction, the width WR of each a-plane modified portion 28 may be greater than 0 μm and less than or equal to 20 μm. The width WR may be greater than 0 μm and less than or equal to 5 μm, greater than or equal to 5 μm and less than or equal to 10 μm, greater than or equal to 10 μm and less than or equal to 15 μm, or greater than or equal to 15 μm and less than or equal to 20 μm.
このように、粗面領域20Aは、法線方向Zに沿って延び、m軸方向に沿って対向する複数のa面改質部28を含む改質ライン22Aによって粗面化されている。粗面領域20Aは、複数のa面改質部28のピッチPRおよび幅WRに応じた面粗さRrを有している。
In this way, the rough surface region 20A is roughened by the modification line 22A that extends along the normal direction Z and includes multiple a-plane modified portions 28 that face each other along the m-axis direction. The rough surface region 20A has a surface roughness Rr that corresponds to the pitch PR and width WR of the multiple a-plane modified portions 28.
粗面領域20C(改質ライン22C)は、側面5Cに形成されている点を除いて、粗面領域20A(改質ライン22A)と同様の構造を有している。粗面領域20A(改質ライン22A)の説明は、「側面5A」を「側面5C」と読み替えて粗面領域20C(改質ライン22C)の説明に準用される。
Rough surface region 20C (reformation line 22C) has a structure similar to rough surface region 20A (reformation line 22A) except that it is formed on side surface 5C. The explanation of rough surface region 20A (reformation line 22A) applies mutatis mutandis to the explanation of rough surface region 20C (reformation line 22C) with "side surface 5A" read as "side surface 5C".
図6を参照して、改質ライン22Dは、複数のm面改質部29(改質部)を含む。換言すると、改質ライン22Dは、複数のm面改質部29の集合体によって形成されている。複数のm面改質部29は、側面5Dから露出するSiC単結晶がSiC単結晶とは異なる性質に改質された部分である。側面5Dにおいて各m面改質部29の周囲の領域は、SiC単結晶とは異なる性質に改質されていてもよい。
Referring to FIG. 6, the modification line 22D includes a plurality of m-plane modified portions 29 (modified portions). In other words, the modification line 22D is formed by an assembly of a plurality of m-plane modified portions 29. The plurality of m-plane modified portions 29 are portions in which the SiC single crystal exposed from the side surface 5D has been modified to have properties different from those of the SiC single crystal. The area around each m-plane modified portion 29 on the side surface 5D may be modified to have properties different from those of the SiC single crystal.
複数のm面改質部29は、第1主面3側に位置する一端部29a、第2主面4側に位置する他端部29b、ならびに、一端部29aおよび他端部29bを接続する接続部29cをそれぞれ含む。
Each of the multiple m-plane modified portions 29 includes one end 29a located on the first main surface 3 side, the other end 29b located on the second main surface 4 side, and a connection portion 29c connecting the one end 29a and the other end 29b.
複数のm面改質部29は、法線方向Zに延びる線状にそれぞれ形成されている。これにより、複数のm面改質部29は、全体として縞状に形成されている。複数のm面改質部29は、a軸方向幅が一端部29a側から他端部29b側に向けて狭まる先細り形状に形成された複数のm面改質部29を含んでいてもよい。
The multiple m-plane modified regions 29 are each formed in a line extending in the normal direction Z. As a result, the multiple m-plane modified regions 29 are formed in a striped pattern as a whole. The multiple m-plane modified regions 29 may include multiple m-plane modified regions 29 formed in a tapered shape in which the width in the a-axis direction narrows from one end 29a side to the other end 29b side.
複数のm面改質部29は、a軸方向に互いに対向するようにa軸方向に間隔を空けて形成されている。複数のm面改質部29は、a軸方向に互いに重なり合っていてもよい。a軸方向に延びる1つの帯状の領域が、複数のm面改質部29の一端部29aを結ぶラインおよび複数のm面改質部29の他端部29bを結ぶラインによって形成されている。改質ライン22Dは、この帯状の領域によって形成されている。
The multiple m-plane modified regions 29 are formed at intervals in the a-axis direction so as to face each other in the a-axis direction. The multiple m-plane modified regions 29 may overlap each other in the a-axis direction. A band-shaped region extending in the a-axis direction is formed by a line connecting one end 29a of the multiple m-plane modified regions 29 and a line connecting the other end 29b of the multiple m-plane modified regions 29. The modification line 22D is formed by this band-shaped region.
複数のm面改質部29は、側面5Dを切り欠いた切欠部をそれぞれ形成していてもよい。複数のm面改質部29は、側面5Dからm軸方向に向けて窪んだリセスをそれぞれ形成していてもよい。複数のm面改質部29は、法線方向Zの長さやa軸方向幅に応じて点状(ドット状)に形成されていてもよい。
The multiple m-plane modified regions 29 may each form a notch by cutting out the side surface 5D. The multiple m-plane modified regions 29 may each form a recess recessed from the side surface 5D toward the m-axis direction. The multiple m-plane modified regions 29 may each be formed in a dot shape according to the length in the normal direction Z and the width in the a-axis direction.
a軸方向に関して、互いに隣り合う複数のm面改質部29の中央部間のピッチPRは、0μm以上20μm以下であってもよい。ピッチPRは、0μm以上5μm以下、5μm以上10μm以下、10μm以上15μm以下または15μm以上20μm以下であってもよい。
In the a-axis direction, the pitch PR between the central portions of adjacent m-plane modified portions 29 may be 0 μm or more and 20 μm or less. The pitch PR may be 0 μm or more and 5 μm or less, 5 μm or more and 10 μm or less, 10 μm or more and 15 μm or less, or 15 μm or more and 20 μm or less.
a軸方向に関して、各m面改質部29の幅WRは、0μmを超えて20μm以下であってもよい。幅WRは、0μmを超えて5μm以下、5μm以上10μm以下、10μm以上15μm以下または15μm以上20μm以下であってもよい。
In the a-axis direction, the width WR of each m-plane modified portion 29 may be greater than 0 μm and less than or equal to 20 μm. The width WR may be greater than 0 μm and less than or equal to 5 μm, greater than or equal to 5 μm and less than or equal to 10 μm, greater than or equal to 10 μm and less than or equal to 15 μm, or greater than or equal to 15 μm and less than or equal to 20 μm.
このように、粗面領域20Dは、法線方向Zに沿って延び、a軸方向に沿って対向する複数のm面改質部29を含む改質ライン22Dによって粗面化されている。粗面領域20Dは、複数のm面改質部29のピッチPRおよび幅WRに応じた面粗さRrを有している。
In this way, the rough surface region 20D is roughened by modification lines 22D that extend along the normal direction Z and include multiple m-plane modification portions 29 that face each other along the a-axis direction. The rough surface region 20D has a surface roughness Rr that corresponds to the pitch PR and width WR of the multiple m-plane modification portions 29.
粗面領域20B(改質ライン22B)は、側面5Bに形成されている点を除いて、粗面領域20D(改質ライン22D)と同様の構造を有している。粗面領域20D(改質ライン22D)の説明は、「側面5D」を「側面5B」と読み替えて粗面領域20B(改質ライン22B)の説明に準用される。
Rough surface region 20B (modification line 22B) has a structure similar to that of rough surface region 20D (modification line 22D), except that it is formed on side surface 5B. The explanation of rough surface region 20D (modification line 22D) applies mutatis mutandis to the explanation of rough surface region 20B (modification line 22B), with "side surface 5D" read as "side surface 5B".
図3および図4を再度参照して、滑面領域21A~21Dは、SiC半導体層2の側面5A~5Dにおいて粗面領域20A~20Dとは異なる領域に形成されている。滑面領域21A~21Dは、側面5A~5Dにおいて粗面領域20A~20D以外の領域に形成されている。
Referring again to Figures 3 and 4, the smooth surface regions 21A-21D are formed in regions of the side surfaces 5A-5D of the SiC semiconductor layer 2 that are different from the rough surface regions 20A-20D. The smooth surface regions 21A-21D are formed in regions of the side surfaces 5A-5D other than the rough surface regions 20A-20D.
滑面領域21A~21Dは、側面5A~5DにおいてSiC半導体層2の第1主面3側の領域に形成されている。滑面領域21A~21Dは、側面5A~5DにおいてSiC半導体層2の第1主面3からSiC半導体層2の厚さ方向途中部まで形成されている。滑面領域21A~21Dは、より具体的には、SiCエピタキシャル層7に形成されている。滑面領域21A~21Dは、SiCエピタキシャル層7を露出させている。
The smooth surface regions 21A-21D are formed in the regions on the side surfaces 5A-5D on the first main surface 3 side of the SiC semiconductor layer 2. The smooth surface regions 21A-21D are formed on the side surfaces 5A-5D from the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2 to the middle of the thickness direction of the SiC semiconductor layer 2. More specifically, the smooth surface regions 21A-21D are formed in the SiC epitaxial layer 7. The smooth surface regions 21A-21D expose the SiC epitaxial layer 7.
滑面領域21A~21Dは、さらに具体的には、SiC半導体基板6およびSiCエピタキシャル層7の間の境界を横切って、SiCエピタキシャル層7およびSiC半導体基板6の双方に形成されている。滑面領域21A~21Dは、SiCエピタキシャル層7およびSiC半導体基板6の双方を露出させている。
More specifically, smooth surface regions 21A-21D are formed on both SiC epitaxial layer 7 and SiC semiconductor substrate 6 across the boundary between SiC semiconductor substrate 6 and SiC epitaxial layer 7. Smooth surface regions 21A-21D expose both SiC epitaxial layer 7 and SiC semiconductor substrate 6.
滑面領域21A~21Dは、SiC半導体層2の第1主面3の接線方向に沿って帯状に延びている。滑面領域21Aは、側面5Aにおいてm軸方向に沿って直線状に延びる帯状に形成されている。滑面領域21Bは、側面5Bにおいてa軸方向に沿って直線状に延びる帯状に形成されている。滑面領域21Cは、側面5Cにおいてm軸方向に沿って直線状に延びる帯状に形成されている。滑面領域21Dは、側面5Dにおいてa軸方向に沿って直線状に延びる帯状に形成されている。
The smooth surface regions 21A to 21D extend in a band shape along the tangential direction of the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2. The smooth surface region 21A is formed in a band shape extending linearly along the m-axis direction on the side surface 5A. The smooth surface region 21B is formed in a band shape extending linearly along the a-axis direction on the side surface 5B. The smooth surface region 21C is formed in a band shape extending linearly along the m-axis direction on the side surface 5C. The smooth surface region 21D is formed in a band shape extending linearly along the a-axis direction on the side surface 5D.
滑面領域21Aおよび滑面領域21Bは、SiC半導体層2における側面5Aおよび側面5Bを接続する角部において互いに連なっている。滑面領域21Bおよび滑面領域21Cは、SiC半導体層2における側面5Bおよび側面5Cを接続する角部において互いに連なっている。
The smooth surface region 21A and the smooth surface region 21B are connected to each other at a corner that connects the side surface 5A and the side surface 5B of the SiC semiconductor layer 2. The smooth surface region 21B and the smooth surface region 21C are connected to each other at a corner that connects the side surface 5B and the side surface 5C of the SiC semiconductor layer 2.
滑面領域21Cおよび滑面領域21Dは、SiC半導体層2における側面5Cおよび側面5Dを接続する角部において互いに連なっている。滑面領域21Dおよび滑面領域21Aは、SiC半導体層2における側面5Dおよび側面5Aを接続する角部において互いに連なっている。
Smooth surface region 21C and smooth surface region 21D are connected to each other at a corner that connects side 5C and side 5D in SiC semiconductor layer 2. Smooth surface region 21D and smooth surface region 21A are connected to each other at a corner that connects side 5D and side 5A in SiC semiconductor layer 2.
これにより、滑面領域21A~21Dは、SiC半導体層2を取り囲むように一体的に形成されている。滑面領域21A~21Dは、SiC半導体層2の側面5A~5DにおいてSiC半導体層2を取り囲む1つの無端状(環状)の滑面領域を形成している。
As a result, the smooth surface regions 21A to 21D are integrally formed to surround the SiC semiconductor layer 2. The smooth surface regions 21A to 21D form a single endless (annular) smooth surface region that surrounds the SiC semiconductor layer 2 on the side surfaces 5A to 5D of the SiC semiconductor layer 2.
法線方向Zに関して滑面領域21A~21Dの厚さTRsは、SiC半導体層2の厚さTLから粗面領域20A~20Dの厚さTRを差し引いた値(TRs=TL-TR)となる。滑面領域21A~21Dの厚さTRsは、粗面領域20A~20Dの厚さTRに応じて種々の値を取り得る。
The thickness TRs of the smooth regions 21A-21D in the normal direction Z is the thickness TL of the SiC semiconductor layer 2 minus the thickness TR of the rough regions 20A-20D (TRs=TL-TR). The thickness TRs of the smooth regions 21A-21D can take various values depending on the thickness TR of the rough regions 20A-20D.
滑面領域21A~21Dの厚さTRsは、粗面領域20A~20Dの厚さTR以上(TR≦TRs)であることが好ましい。SiC半導体層2の厚さTLに対する滑面領域21A~21Dの厚さTRsの比TRs/TLは、0.5以上であることが好ましい。滑面領域21A~21Dの厚さTRsは、粗面領域20A~20Dの厚さTRを超えている(TR<TRs)ことがさらに好ましい。比TRs/TLは、0.5を超えることがさらに好ましい。
The thickness TRs of the smooth regions 21A-21D is preferably equal to or greater than the thickness TR of the rough regions 20A-20D (TR≦TRs). The ratio TRs/TL of the thickness TRs of the smooth regions 21A-21D to the thickness TL of the SiC semiconductor layer 2 is preferably equal to or greater than 0.5. It is more preferable that the thickness TRs of the smooth regions 21A-21D exceeds the thickness TR of the rough regions 20A-20D (TR<TRs). It is more preferable that the ratio TRs/TL exceeds 0.5.
滑面領域21Aの厚さTRs、滑面領域21Bの厚さTRs、滑面領域21Cの厚さTRsおよび滑面領域21Dの厚さTRsの厚さは、互いに等しくてもよいし、互いに異なっていてもよい。
The thickness TRs of smooth surface region 21A, the thickness TRs of smooth surface region 21B, the thickness TRs of smooth surface region 21C, and the thickness TRs of smooth surface region 21D may be equal to each other or may be different from each other.
滑面領域21A~21Dは、粗面領域20A~20Dとは異なり、改質ライン22A~22D(改質層)を有さない。滑面領域21A~21Dは、SiC単結晶の結晶面によって形成された平滑な劈開面からなる。滑面領域21A~21Dは、SiC単結晶の結晶面(劈開面)に応じた面粗さRsを有している。
Unlike the rough surface regions 20A-20D, the smooth surface regions 21A-21D do not have modification lines 22A-22D (modified layers). The smooth surface regions 21A-21D consist of smooth cleavage surfaces formed by the crystal planes of the SiC single crystal. The smooth surface regions 21A-21D have a surface roughness Rs that corresponds to the crystal planes (cleavage planes) of the SiC single crystal.
滑面領域21Aは、側面5Aを形成するSiC単結晶のa面からなる。滑面領域21Bは、側面5Bを形成するSiC単結晶のm面からなる。滑面領域21Cは、側面5Cを形成するSiC単結晶のa面からなる。滑面領域21Dは、側面5Dを形成するSiC単結晶のm面からなる。
Smooth surface region 21A consists of the a-plane of the SiC single crystal that forms side 5A. Smooth surface region 21B consists of the m-plane of the SiC single crystal that forms side 5B. Smooth surface region 21C consists of the a-plane of the SiC single crystal that forms side 5C. Smooth surface region 21D consists of the m-plane of the SiC single crystal that forms side 5D.
このようにして、SiC半導体層2の側面5A~5Dに、SiC単結晶の改質に応じた面粗さRrを有する粗面領域20A~20D、および、SiC単結晶の結晶面(劈開面)に応じた面粗さRsを有する滑面領域21A~21Dが形成されている。
In this way, rough surface regions 20A-20D having a surface roughness Rr corresponding to the modification of the SiC single crystal, and smooth surface regions 21A-21D having a surface roughness Rs corresponding to the crystal plane (cleavage plane) of the SiC single crystal are formed on the side surfaces 5A-5D of the SiC semiconductor layer 2.
前述の主面絶縁層10の絶縁側面11A~11Dは、滑面領域21A~21Dに連なっている。絶縁側面11A~11Dは、滑面領域21A~21Dに対して面一に形成されている。絶縁側面11A~11Dは、平滑な劈開面からなる。絶縁側面11A~11Dは、滑面領域21A~21Dとの間で1つの滑面領域を形成している。
The insulating side surfaces 11A to 11D of the aforementioned main surface insulating layer 10 are continuous with the smooth surface regions 21A to 21D. The insulating side surfaces 11A to 11D are formed flush with the smooth surface regions 21A to 21D. The insulating side surfaces 11A to 11D are made of smooth cleavage surfaces. The insulating side surfaces 11A to 11D form a single smooth surface region with the smooth surface regions 21A to 21D.
図8を参照して、アクティブ領域8においてSiC半導体層2の第1主面3の表層部には、n型のダイオード領域35が形成されている。ダイオード領域35は、この形態では、SiC半導体層2の第1主面3の中央部に形成されている。ダイオード領域35は、この形態では、平面視においてSiC半導体層2の側面5A~5Dに平行な4辺を有する四角形状に設定されている。
Referring to FIG. 8, an n-type diode region 35 is formed in the surface layer of the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2 in the active region 8. In this embodiment, the diode region 35 is formed in the center of the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2. In this embodiment, the diode region 35 is set in a quadrangle shape having four sides parallel to the side surfaces 5A to 5D of the SiC semiconductor layer 2 in a plan view.
ダイオード領域35のn型不純物濃度は、SiCエピタキシャル層7のn型不純物濃度以上であってもよい。ダイオード領域35は、この形態では、SiCエピタキシャル層7の一部を利用して形成されている。ダイオード領域35のn型不純物濃度は、SiCエピタキシャル層7のn型不純物濃度と等しい。ダイオード領域35は、SiCエピタキシャル層7の表層部に対するn型不純物の導入によって形成されていてもよい。
The n-type impurity concentration of the diode region 35 may be equal to or greater than the n-type impurity concentration of the SiC epitaxial layer 7. In this embodiment, the diode region 35 is formed by utilizing a portion of the SiC epitaxial layer 7. The n-type impurity concentration of the diode region 35 is equal to the n-type impurity concentration of the SiC epitaxial layer 7. The diode region 35 may be formed by introducing an n-type impurity into the surface portion of the SiC epitaxial layer 7.
外側領域9においてSiC半導体層2の第1主面3の表層部には、p+型のガード領域36が形成されている。ガード領域36は、平面視においてダイオード領域35に沿って延びる帯状に形成されている。
In the outer region 9, ap + type guard region 36 is formed in a surface layer portion of the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2. The guard region 36 is formed in a strip shape extending along the diode region 35 in a plan view.
ガード領域36は、より具体的には、平面視においてダイオード領域35を取り囲む無端状(たとえば四角環状、角を面取りした四角環状または円環状)に形成されている。これにより、ガード領域36は、ガードリング領域として形成されている。ダイオード領域35は、この形態では、ガード領域36によって画定されている。また、アクティブ領域8は、ガード領域36によって画定されている。
More specifically, the guard region 36 is formed in an endless shape (for example, a square ring, a square ring with chamfered corners, or a circular ring) surrounding the diode region 35 in a plan view. As a result, the guard region 36 is formed as a guard ring region. In this embodiment, the diode region 35 is defined by the guard region 36. In addition, the active region 8 is defined by the guard region 36.
ガード領域36のp型不純物は、活性化されていなくてもよい。この場合、ガード領域36は、非半導体領域として形成される。ガード領域36のp型不純物は、活性化されていてもよい。この場合、ガード領域36は、p型半導体領域として形成される。
The p-type impurity in the guard region 36 may not be activated. In this case, the guard region 36 is formed as a non-semiconductor region. The p-type impurity in the guard region 36 may be activated. In this case, the guard region 36 is formed as a p-type semiconductor region.
SiC半導体層2の第1主面3の上には、前述の主面絶縁層10が形成されている。主面絶縁層10には、ダイオード領域35を露出させるダイオード開口37が形成されている。ダイオード開口37は、ダイオード領域35に加えてガード領域36の内周縁も露出させている。ダイオード開口37は、平面視においてSiC半導体層2の側面5A~5Dに平行な4辺を有する四角形状に形成されている。
The aforementioned main surface insulating layer 10 is formed on the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2. A diode opening 37 that exposes the diode region 35 is formed in the main surface insulating layer 10. The diode opening 37 exposes the inner edge of the guard region 36 in addition to the diode region 35. The diode opening 37 is formed in a quadrangle shape having four sides parallel to the side surfaces 5A to 5D of the SiC semiconductor layer 2 in a plan view.
主面絶縁層10の上には、前述の第1主面電極層12が形成されている。第1主面電極層12は、絶縁層の上からダイオード開口37に入り込んでいる。第1主面電極層12は、ダイオード開口37内においてダイオード領域35に電気的に接続されている。
The first principal surface electrode layer 12 described above is formed on the principal surface insulating layer 10. The first principal surface electrode layer 12 extends from above the insulating layer into the diode opening 37. The first principal surface electrode layer 12 is electrically connected to the diode region 35 within the diode opening 37.
第1主面電極層12は、より具体的には、ダイオード領域35との間でショットキー接合を形成している。これにより、第1主面電極層12をアノードとし、ダイオード領域35をカソードとするショットキーバリアダイオードDが形成されている。主面絶縁層10の上には、前述のパッシベーション層13および樹脂層16が形成されている。
More specifically, the first principal surface electrode layer 12 forms a Schottky junction with the diode region 35. This forms a Schottky barrier diode D with the first principal surface electrode layer 12 as the anode and the diode region 35 as the cathode. The aforementioned passivation layer 13 and resin layer 16 are formed on the principal surface insulating layer 10.
図9は、図3に示すSiC半導体装置1の製造に使用されるSiC半導体ウエハ41を示す斜視図である。
Figure 9 is a perspective view showing a SiC semiconductor wafer 41 used in the manufacture of the SiC semiconductor device 1 shown in Figure 3.
SiC半導体ウエハ41は、SiC半導体基板6のベースとなる部材である。SiC半導体ウエハ41は、六方晶からなるSiC単結晶の一例としての4H-SiC単結晶を含む。SiC半導体ウエハ41は、この形態では、SiC半導体基板6のn型不純物濃度に対応したn型不純物濃度を有している。
The SiC semiconductor wafer 41 is a base member for the SiC semiconductor substrate 6. The SiC semiconductor wafer 41 includes a 4H-SiC single crystal, which is an example of a SiC single crystal made of a hexagonal crystal. In this form, the SiC semiconductor wafer 41 has an n-type impurity concentration that corresponds to the n-type impurity concentration of the SiC semiconductor substrate 6.
SiC半導体ウエハ41は板状または盤状に形成されている。SiC半導体ウエハ41は、円盤状に形成されていてもよい。SiC半導体ウエハ41は、一方側の第1ウエハ主面42、他方側の第2ウエハ主面43、ならびに、第1ウエハ主面42および第2ウエハ主面43を接続するウエハ側面44を有している。
The SiC semiconductor wafer 41 is formed in a plate or disk shape. The SiC semiconductor wafer 41 may be formed in a disk shape. The SiC semiconductor wafer 41 has a first wafer main surface 42 on one side, a second wafer main surface 43 on the other side, and a wafer side surface 44 connecting the first wafer main surface 42 and the second wafer main surface 43.
SiC半導体ウエハ41の厚さTWは、SiC半導体基板6の厚さTSを超えている(TS<TW)。SiC半導体ウエハ41の厚さTWは、研削によってSiC半導体基板6の厚さTSに合わせ込まれる。
The thickness TW of the SiC semiconductor wafer 41 exceeds the thickness TS of the SiC semiconductor substrate 6 (TS<TW). The thickness TW of the SiC semiconductor wafer 41 is adjusted to the thickness TS of the SiC semiconductor substrate 6 by grinding.
厚さTWは、150μmを超えて750μm以下であってもよい。厚さTWは、150μmを超えて300μm以下、300μm以上450μm以下、450μm以上600μm以下または600μm以上750μm以下であってもよい。SiC半導体ウエハ41の研削時間を鑑みると、厚さTWは、150μmを超えて500μm以下であることが好ましい。厚さTWは、典型的には、300μm以上450μm以下である。
The thickness TW may be more than 150 μm and not more than 750 μm. The thickness TW may be more than 150 μm and not more than 300 μm, 300 μm or more and not more than 450 μm, 450 μm or more and not more than 600 μm, or 600 μm or more and not more than 750 μm. In consideration of the grinding time of the SiC semiconductor wafer 41, it is preferable that the thickness TW is more than 150 μm and not more than 500 μm. The thickness TW is typically more than 300 μm and not more than 450 μm.
第1ウエハ主面42および第2ウエハ主面43は、この形態では、SiC単結晶のc面に面している。第1ウエハ主面42は、(0001)面(シリコン面)に面している。第2ウエハ主面43は、SiC単結晶の(000-1)面(カーボン面)に面している。
In this embodiment, the first wafer main surface 42 and the second wafer main surface 43 face the c-plane of the SiC single crystal. The first wafer main surface 42 faces the (0001) plane (silicon plane). The second wafer main surface 43 faces the (000-1) plane (carbon plane) of the SiC single crystal.
第1ウエハ主面42および第2ウエハ主面43は、SiC単結晶のc面に対して[11-20]方向に10°以下の角度で傾斜したオフ角θを有している。第1ウエハ主面42の法線方向Zは、SiC単結晶のc軸([0001]方向)に対してオフ角θ分だけ傾斜している。
The first wafer main surface 42 and the second wafer main surface 43 have an off-angle θ that is inclined at an angle of 10° or less in the [11-20] direction with respect to the c-plane of the SiC single crystal. The normal direction Z of the first wafer main surface 42 is inclined by the off-angle θ with respect to the c-axis ([0001] direction) of the SiC single crystal.
オフ角θは、0°以上5.0°以下であってもよい。オフ角θは、0°以上1.0°以下、1.0°以上1.5°以下、1.5°以上2.0°以下、2.0°以上2.5°以下、2.5°以上3.0°以下、3.0°以上3.5°以下、3.5°以上4.0°以下、4.0°以上4.5°以下または4.5°以上5.0°以下の角度の範囲に設定されてもよい。オフ角θは、0°を超えていることが好ましい。オフ角θは、4.0°未満であってもよい。
The off angle θ may be 0° or more and 5.0° or less. The off angle θ may be set in the range of 0° or more and 1.0° or less, 1.0° or more and 1.5° or less, 1.5° or more and 2.0° or less, 2.0° or more and 2.5° or less, 2.5° or more and 3.0° or less, 3.0° or more and 3.5° or less, 3.5° or more and 4.0° or less, 4.0° or more and 4.5° or less, or 4.5° or more and 5.0° or less. It is preferable that the off angle θ is greater than 0°. The off angle θ may be less than 4.0°.
オフ角θは、3.0°以上4.5°以下の角度の範囲に設定されていてもよい。この場合、オフ角θは、3.0°以上3.5°以下または3.5°以上4.0°以下の角度の範囲に設定されていることが好ましい。
The off angle θ may be set in the range of 3.0° to 4.5°. In this case, it is preferable that the off angle θ is set in the range of 3.0° to 3.5° or 3.5° to 4.0°.
オフ角θは、1.5°以上3.0°以下の角度の範囲に設定されていてもよい。この場合、オフ角θは、1.5°以上2.0°以下または2.0°以上2.5°以下の角度の範囲に設定されていることが好ましい。
The off angle θ may be set in the range of 1.5° to 3.0°. In this case, it is preferable that the off angle θ is set in the range of 1.5° to 2.0° or 2.0° to 2.5°.
SiC半導体ウエハ41は、第1ウエハ主面42およびウエハ側面44を接続する第1ウエハ角部45、ならびに、第2ウエハ主面43およびウエハ側面44を接続する第2ウエハ角部46を含む。第1ウエハ角部45は、第1ウエハ主面42からウエハ側面44に向かって下り傾斜した第1面取り部47を有している。第2ウエハ角部46は、第2ウエハ主面43からウエハ側面44に向かって下り傾斜した第2面取り部48を有している。
The SiC semiconductor wafer 41 includes a first wafer corner 45 that connects the first wafer main surface 42 and the wafer side surface 44, and a second wafer corner 46 that connects the second wafer main surface 43 and the wafer side surface 44. The first wafer corner 45 has a first chamfered portion 47 that slopes downward from the first wafer main surface 42 toward the wafer side surface 44. The second wafer corner 46 has a second chamfered portion 48 that slopes downward from the second wafer main surface 43 toward the wafer side surface 44.
第1面取り部47は、凸湾曲状に形成されていてもよい。第2面取り部48は、凸湾曲状に形成されていてもよい。第1面取り部47および第2面取り部48は、SiC半導体ウエハ41のクラックを抑制する。
The first chamfered portion 47 may be formed in a convex curved shape. The second chamfered portion 48 may be formed in a convex curved shape. The first chamfered portion 47 and the second chamfered portion 48 suppress cracks in the SiC semiconductor wafer 41.
SiC半導体ウエハ41のウエハ側面44には、SiC単結晶の結晶方位を示す目印の一例として1つのオリエンテーションフラット49が形成されている。オリエンテーションフラット49は、SiC半導体ウエハ41のウエハ側面44に形成された切欠部である。オリエンテーションフラット49は、この形態では、SiC単結晶のa軸方向([11-20]方向)に沿って直線状に延びている。
An orientation flat 49 is formed on the wafer side surface 44 of the SiC semiconductor wafer 41 as an example of a mark indicating the crystal orientation of the SiC single crystal. The orientation flat 49 is a notch formed on the wafer side surface 44 of the SiC semiconductor wafer 41. In this embodiment, the orientation flat 49 extends linearly along the a-axis direction ([11-20] direction) of the SiC single crystal.
SiC半導体ウエハ41のウエハ側面44には、結晶方位を示す複数(たとえば2つ)のオリエンテーションフラット49が形成されていてもよい。複数(たとえば2つ)のオリエンテーションフラット49は、第1オリエンテーションフラットおよび第2オリエンテーションフラットを含んでいてもよい。
The wafer side surface 44 of the SiC semiconductor wafer 41 may have a plurality of (e.g., two) orientation flats 49 formed thereon that indicate a crystal orientation. The plurality of (e.g., two) orientation flats 49 may include a first orientation flat and a second orientation flat.
第1オリエンテーションフラットは、SiC単結晶のa軸方向([11-20]方向)に沿って直線状に延びる切欠部であってもよい。第2オリエンテーションフラットは、SiC単結晶のm軸方向([1-100]方向)に沿って直線状に延びる切欠部であってもよい。
The first orientation flat may be a notch that extends linearly along the a-axis direction ([11-20] direction) of the SiC single crystal. The second orientation flat may be a notch that extends linearly along the m-axis direction ([1-100] direction) of the SiC single crystal.
SiC半導体ウエハ41の第1ウエハ主面42には、SiC半導体装置1にそれぞれ対応した複数の装置形成領域51が設定される。複数の装置形成領域51は、m軸方向([1-100]方向)およびa軸方向([11-20]方向)に間隔を空けて行列状の配列で設定される。
A plurality of device formation regions 51 each corresponding to a SiC semiconductor device 1 are set on the first wafer main surface 42 of the SiC semiconductor wafer 41. The plurality of device formation regions 51 are set in a matrix array spaced apart in the m-axis direction ([1-100] direction) and the a-axis direction ([11-20] direction).
各装置形成領域51は、SiC単結晶の結晶方位に沿った4つの辺52A,52B,52C,52Dを有している。4つの辺52A~52Dは、SiC半導体層2の4つの側面5A~5Dにそれぞれ対応している。4つの辺52A~52Dは、m軸方向([1-100]方向)に沿う2つの辺52A,52Cおよびa軸方向([11-20]方向)に沿う2つの辺52B,52Dを含む。
Each device formation region 51 has four sides 52A, 52B, 52C, and 52D aligned along the crystal orientation of the SiC single crystal. The four sides 52A to 52D correspond to the four side surfaces 5A to 5D of the SiC semiconductor layer 2, respectively. The four sides 52A to 52D include two sides 52A and 52C aligned along the m-axis direction ([1-100] direction) and two sides 52B and 52D aligned along the a-axis direction ([11-20] direction).
複数の装置形成領域51は、m軸方向([1-100]方向)およびa軸方向([11-20]方向)に沿って延びる格子状の切断予定ライン53によってそれぞれ区画されている。切断予定ライン53は、複数の第1切断予定ライン54および複数の第2切断予定ライン55を含む。
The multiple device formation regions 51 are each partitioned by a lattice-shaped planned cutting lines 53 extending along the m-axis direction ([1-100] direction) and the a-axis direction ([11-20] direction). The planned cutting lines 53 include multiple first planned cutting lines 54 and multiple second planned cutting lines 55.
複数の第1切断予定ライン54は、m軸方向([1-100]方向)に沿ってそれぞれ延びている。複数の第2切断予定ライン55は、a軸方向([11-20]方向)に沿ってそれぞれ延びている。複数の装置形成領域51に所定の構造が作り込まれた後、切断予定ライン53に沿ってSiC半導体ウエハ41を切断することによって、複数のSiC半導体装置1が切り出される。
The multiple first cutting lines 54 each extend along the m-axis direction (the [1-100] direction). The multiple second cutting lines 55 each extend along the a-axis direction (the [11-20] direction). After the predetermined structures are fabricated in the multiple device formation regions 51, the SiC semiconductor wafer 41 is cut along the cutting lines 53 to cut out multiple SiC semiconductor devices 1.
図10A~図10Mは、図3に示すSiC半導体装置1の製造方法の一例を示す断面図である。図10A~図10Mでは、説明の便宜上、3つのSiC半導体装置1が形成される領域だけを示し、他の領域についての図示を省略している。
Figures 10A to 10M are cross-sectional views showing an example of a method for manufacturing the SiC semiconductor device 1 shown in Figure 3. For ease of explanation, Figures 10A to 10M show only the regions in which three SiC semiconductor devices 1 are formed, and omit illustration of other regions.
図10Aを参照して、SiC半導体装置1を製造するにあたり、まず、SiC半導体ウエハ41が用意される(図9も併せて参照)。次に、SiC半導体ウエハ41の第1ウエハ主面42にn型のSiCエピタキシャル層7が形成される。
Referring to FIG. 10A, in manufacturing the SiC semiconductor device 1, first, a SiC semiconductor wafer 41 is prepared (also see FIG. 9). Next, an n-type SiC epitaxial layer 7 is formed on the first wafer main surface 42 of the SiC semiconductor wafer 41.
SiCエピタキシャル層7の形成工程では、SiC半導体ウエハ41の第1ウエハ主面42からSiCがエピタキシャル成長される。SiCエピタキシャル層7の厚さTEは、1μm以上50μm以下であってもよい。
In the process of forming the SiC epitaxial layer 7, SiC is epitaxially grown from the first wafer main surface 42 of the SiC semiconductor wafer 41. The thickness TE of the SiC epitaxial layer 7 may be 1 μm or more and 50 μm or less.
これにより、SiC半導体ウエハ41およびSiCエピタキシャル層7を含むSiC半導体ウエハ構造61が形成される。SiC半導体ウエハ構造61は、第1主面62および第2主面63を含む。
This results in the formation of a SiC semiconductor wafer structure 61 including a SiC semiconductor wafer 41 and a SiC epitaxial layer 7. The SiC semiconductor wafer structure 61 includes a first main surface 62 and a second main surface 63.
SiC半導体ウエハ構造61の第1主面62および第2主面63は、SiC半導体層2の第1主面3および第2主面4にそれぞれ対応している。SiC半導体ウエハ構造61の厚さTWSは、150μmを超えて800μm以下であってもよい。厚さTWSは、150μmを超えて550μm以下であることが好ましい。
The first main surface 62 and the second main surface 63 of the SiC semiconductor wafer structure 61 correspond to the first main surface 3 and the second main surface 4 of the SiC semiconductor layer 2, respectively. The thickness TWS of the SiC semiconductor wafer structure 61 may be greater than 150 μm and less than or equal to 800 μm. The thickness TWS is preferably greater than 150 μm and less than or equal to 550 μm.
次に、図10Bを参照して、SiC半導体ウエハ構造61の第1主面62にp+型のガード領域36が形成される。ガード領域36の形成工程は、イオン注入マスク(図示せず)を介してSiC半導体ウエハ構造61の第1主面62の表層部にp型不純物を選択的に導入する工程を含む。ガード領域36は、より具体的には、SiCエピタキシャル層7の表層部に形成される。
10B , p + type guard region 36 is formed on first main surface 62 of SiC semiconductor wafer structure 61. The step of forming guard region 36 includes a step of selectively introducing p-type impurities into a surface layer portion of first main surface 62 of SiC semiconductor wafer structure 61 via an ion implantation mask (not shown). More specifically, guard region 36 is formed in a surface layer portion of SiC epitaxial layer 7.
ガード領域36は、SiC半導体ウエハ構造61においてアクティブ領域8および外側領域9を区画する。ガード領域36によって取り囲まれた領域(アクティブ領域8)には、n型のダイオード領域35が区画される。
The guard region 36 defines an active region 8 and an outer region 9 in the SiC semiconductor wafer structure 61. An n-type diode region 35 is defined in the region surrounded by the guard region 36 (active region 8).
ダイオード領域35は、イオン注入マスク(図示せず)を介してSiC半導体ウエハ構造61の第1主面62の表層部にn型不純物を選択的に導入することによって形成されてもよい。
The diode region 35 may be formed by selectively introducing n-type impurities into a surface layer of the first main surface 62 of the SiC semiconductor wafer structure 61 through an ion implantation mask (not shown).
次に、図10Cを参照して、SiC半導体ウエハ構造61の第1主面62の上に主面絶縁層10が形成される。主面絶縁層10は、酸化シリコン(SiO2)を含む。主面絶縁層10は、CVD(Chemical Vapor Deposition)法または酸化処理法(たとえば熱酸化処理法)によって形成されてもよい。
10C , a main surface insulating layer 10 is formed on a first main surface 62 of the SiC semiconductor wafer structure 61. The main surface insulating layer 10 includes silicon oxide (SiO 2 ). The main surface insulating layer 10 may be formed by a chemical vapor deposition (CVD) method or an oxidation treatment method (for example, a thermal oxidation treatment method).
次に、図10Dを参照して、所定パターンを有するマスク64が、主面絶縁層10の上に形成される。マスク64は、複数の開口65を有している。複数の開口65は、主面絶縁層10においてダイオード開口37を形成すべき領域をそれぞれ露出させている。
Next, referring to FIG. 10D, a mask 64 having a predetermined pattern is formed on the main surface insulating layer 10. The mask 64 has a plurality of openings 65. The plurality of openings 65 each exposes an area in the main surface insulating layer 10 where the diode opening 37 is to be formed.
次に、マスク64を介するエッチング法によって、主面絶縁層10の不要な部分が除去される。これにより、主面絶縁層10にダイオード開口37が形成される。ダイオード開口37の形成後、マスク64は除去される。
Next, unnecessary portions of the main surface insulating layer 10 are removed by etching through the mask 64. This forms a diode opening 37 in the main surface insulating layer 10. After the diode opening 37 is formed, the mask 64 is removed.
次に、図10Eを参照して、SiC半導体ウエハ構造61の第1主面62の上に第1主面電極層12のベースとなるベース電極層66が形成される。ベース電極層66は、SiC半導体ウエハ構造61の第1主面62の全域に形成され、主面絶縁層10を被覆する。第1主面電極層12は、蒸着法、スパッタ法またはめっき法によって形成されてもよい。
Next, referring to FIG. 10E, a base electrode layer 66 that serves as the base of the first principal surface electrode layer 12 is formed on the first principal surface 62 of the SiC semiconductor wafer structure 61. The base electrode layer 66 is formed over the entire first principal surface 62 of the SiC semiconductor wafer structure 61, and covers the principal surface insulating layer 10. The first principal surface electrode layer 12 may be formed by a vapor deposition method, a sputtering method, or a plating method.
次に、図10Fを参照して、所定パターンを有するマスク67が、ベース電極層66の上に形成される。マスク67は、ベース電極層66において第1主面電極層12を形成すべき領域以外の領域を露出させる開口68を有している。
Next, referring to FIG. 10F, a mask 67 having a predetermined pattern is formed on the base electrode layer 66. The mask 67 has openings 68 that expose areas of the base electrode layer 66 other than the areas where the first principal surface electrode layer 12 is to be formed.
次に、マスク67を介するエッチング法によって、ベース電極層66の不要な部分が除去される。これにより、ベース電極層66が複数の第1主面電極層12に分割される。第1主面電極層12の形成後、マスク67は除去される。
Next, unnecessary portions of the base electrode layer 66 are removed by etching through the mask 67. This divides the base electrode layer 66 into a plurality of first principal surface electrode layers 12. After the first principal surface electrode layers 12 are formed, the mask 67 is removed.
次に、図10Gを参照して、SiC半導体ウエハ構造61の第1主面62の上にパッシベーション層13が形成される。パッシベーション層13は、窒化シリコン(SiN)を含む。パッシベーション層13は、CVD法によって形成されてもよい。
Next, referring to FIG. 10G, a passivation layer 13 is formed on the first main surface 62 of the SiC semiconductor wafer structure 61. The passivation layer 13 includes silicon nitride (SiN). The passivation layer 13 may be formed by a CVD method.
次に、図10Hを参照して、パッシベーション層13の上に、樹脂層16が塗布される。樹脂層16は、アクティブ領域8および外側領域9を一括して被覆する。樹脂層16は、ポジティブタイプの感光性樹脂の一例としてのポリベンゾオキサゾールを含んでいてもよい。
Next, referring to FIG. 10H, a resin layer 16 is applied onto the passivation layer 13. The resin layer 16 collectively covers the active region 8 and the outer region 9. The resin layer 16 may contain polybenzoxazole, which is an example of a positive-type photosensitive resin.
次に、図10Iを参照して、樹脂層16が選択的に露光された後、現像される。これにより、パッド開口18が樹脂層16に形成される。また、切断予定ライン53(各装置形成領域51の辺52A~52D)に沿うダイシングストリート69が樹脂層16に区画される。
Next, referring to FIG. 10I, the resin layer 16 is selectively exposed to light and then developed. As a result, pad openings 18 are formed in the resin layer 16. Also, dicing streets 69 are defined in the resin layer 16 along the intended cutting lines 53 (sides 52A to 52D of each device formation area 51).
次に、パッシベーション層13の不要な部分が除去される。パッシベーション層13の不要な部分は、樹脂層16を介するエッチング法によって除去されてもよい。これにより、サブパッド開口15がパッシベーション層13に形成される。また、切断予定ライン53に沿うダイシングストリート69がパッシベーション層13に区画される。
Next, unnecessary portions of the passivation layer 13 are removed. The unnecessary portions of the passivation layer 13 may be removed by an etching method via the resin layer 16. This forms a subpad opening 15 in the passivation layer 13. Also, a dicing street 69 is defined in the passivation layer 13 along the intended cutting line 53.
次に、図10Jを参照して、SiC半導体ウエハ構造61の第2主面63(SiC半導体ウエハ41の第2ウエハ主面43)が研削される。これにより、SiC半導体ウエハ構造61(SiC半導体ウエハ41)が薄化される。また、SiC半導体ウエハ構造61の第2主面63に研削痕が形成される。
Next, referring to FIG. 10J, the second main surface 63 of the SiC semiconductor wafer structure 61 (the second wafer main surface 43 of the SiC semiconductor wafer 41) is ground. This causes the SiC semiconductor wafer structure 61 (SiC semiconductor wafer 41) to be thinned. In addition, grinding marks are formed on the second main surface 63 of the SiC semiconductor wafer structure 61.
SiC半導体ウエハ構造61は、SiC半導体層2の厚さTLに対応する厚さTWSになるまで研削される。SiC半導体ウエハ構造61は、40μm以上200μm以下の厚さTWSになるまで研削されてもよい。
The SiC semiconductor wafer structure 61 is ground to a thickness TWS corresponding to the thickness TL of the SiC semiconductor layer 2. The SiC semiconductor wafer structure 61 may be ground to a thickness TWS of 40 μm or more and 200 μm or less.
つまり、SiC半導体ウエハ41は、SiC半導体基板6の厚さTSに対応する厚さTWになるまで研削される。SiC半導体ウエハ41は、40μm以上150μm以下の厚さTWになるまで研削されてもよい。
That is, the SiC semiconductor wafer 41 is ground to a thickness TW corresponding to the thickness TS of the SiC semiconductor substrate 6. The SiC semiconductor wafer 41 may be ground to a thickness TW of 40 μm or more and 150 μm or less.
次に、図10Kを参照して、粗面領域20A~20D(改質ライン22A~22D)のベースとなる複数の改質ライン70(改質層)が形成される。改質ライン70の形成工程では、レーザ光照射装置71からSiC半導体ウエハ構造61に向けてパルス状のレーザ光が照射される。
Next, referring to FIG. 10K, a plurality of modification lines 70 (modification layers) are formed, which serve as the bases for the rough surface regions 20A-20D (modification lines 22A-22D). In the process of forming the modification lines 70, a pulsed laser beam is irradiated from a laser beam irradiation device 71 toward the SiC semiconductor wafer structure 61.
レーザ光は、この形態では、SiC半導体ウエハ構造61の第1主面62側から主面絶縁層10を介してSiC半導体ウエハ構造61に照射される。レーザ光は、SiC半導体ウエハ構造61の第2主面63側からSiC半導体ウエハ構造61に直接照射されてもよい。
In this embodiment, the laser light is irradiated onto the SiC semiconductor wafer structure 61 from the first main surface 62 side of the SiC semiconductor wafer structure 61 through the main surface insulating layer 10. The laser light may be irradiated directly onto the SiC semiconductor wafer structure 61 from the second main surface 63 side of the SiC semiconductor wafer structure 61.
レーザ光の集光部(焦点)は、SiC半導体ウエハ構造61の厚さ方向途中部に設定される。SiC半導体ウエハ構造61に対するレーザ光の照射位置は、切断予定ライン53(各装置形成領域51の4つの辺52A~52D)に沿って移動される。
The focal point of the laser light is set midway through the thickness of the SiC semiconductor wafer structure 61. The irradiation position of the laser light on the SiC semiconductor wafer structure 61 is moved along the intended cutting lines 53 (the four sides 52A to 52D of each device formation area 51).
より具体的には、SiC半導体ウエハ構造61に対するレーザ光の照射位置は、第1切断予定ライン54に沿って移動される。また、SiC半導体ウエハ構造61に対するレーザ光の照射位置は、第2切断予定ライン55に沿って移動される。
More specifically, the irradiation position of the laser light on the SiC semiconductor wafer structure 61 is moved along the first planned cutting line 54. Furthermore, the irradiation position of the laser light on the SiC semiconductor wafer structure 61 is moved along the second planned cutting line 55.
これにより、SiC半導体ウエハ構造61の厚さ方向途中部に、切断予定ライン53(各装置形成領域51の4つの辺52A~52D)に沿って延び、SiC単結晶の結晶状態が他の領域とは異なる性質に改質した複数の改質ライン70が形成される。
As a result, multiple modification lines 70 are formed in the middle of the thickness direction of the SiC semiconductor wafer structure 61, extending along the intended cutting lines 53 (the four sides 52A-52D of each device formation region 51) and modifying the crystalline state of the SiC single crystal to have properties different from those in other regions.
装置形成領域51の辺52A,52Cに沿う2つの改質ライン70は、a面改質部28をそれぞれ含む。装置形成領域51の辺52B,52Dに沿う2つの改質ライン70は、m面改質部29をそれぞれ含む。
The two modification lines 70 along sides 52A and 52C of the device formation region 51 each include an a-plane modification portion 28. The two modification lines 70 along sides 52B and 52D of the device formation region 51 each include an m-plane modification portion 29.
複数の改質ライン70は、各装置形成領域51の4つの辺52A~52Dに対して1対1対応の関係で1層または複数層(2層以上。この形態では2層)ずつ形成される。複数の改質ライン70は、SiC半導体ウエハ構造61の厚さ方向途中部に形成されたレーザ加工痕でもある。より具体的には、改質ライン70のa面改質部28およびm面改質部29がレーザ加工痕である。
The multiple modification lines 70 are formed in one or multiple layers (two or more layers; in this embodiment, two layers) in a one-to-one correspondence with the four sides 52A-52D of each device formation region 51. The multiple modification lines 70 are also laser processing marks formed in the middle of the thickness direction of the SiC semiconductor wafer structure 61. More specifically, the a-plane modified portion 28 and the m-plane modified portion 29 of the modification line 70 are laser processing marks.
レーザ光の集光部(焦点)、レーザエネルギ、パルスデューティ比、照射速度等は、形成すべき改質ライン70(粗面領域20A~20D)の位置、大きさ、形状、厚さ等によって任意の値に定められる。
The focal point of the laser light, the laser energy, the pulse duty ratio, the irradiation speed, etc. are determined to arbitrary values depending on the position, size, shape, thickness, etc. of the modification line 70 (rough surface areas 20A-20D) to be formed.
次に、図10Lを参照して、SiC半導体ウエハ構造61の第2主面63に第2主面電極層19が形成される。第2主面電極層19は、蒸着法、スパッタ法またはめっき法によって形成されてもよい。
Next, referring to FIG. 10L, a second principal surface electrode layer 19 is formed on the second principal surface 63 of the SiC semiconductor wafer structure 61. The second principal surface electrode layer 19 may be formed by a vapor deposition method, a sputtering method, or a plating method.
第2主面電極層19の形成工程に先立って、SiC半導体ウエハ構造61の第2主面63(研削面)に対してアニール処理を実施してもよい。アニール処理は、レーザ光を用いたレーザアニール処理法によって実施されてもよい。
Prior to the process of forming the second principal surface electrode layer 19, an annealing process may be performed on the second principal surface 63 (ground surface) of the SiC semiconductor wafer structure 61. The annealing process may be performed by a laser annealing process method using laser light.
レーザアニール処理法によれば、SiC半導体ウエハ構造61の第2主面63の表層部のSiC単結晶が改質されてSiアモルファス層が形成される。この場合、SiC半導体層2の第2主面4の表層部にSiアモルファス層を有するSiC半導体装置1が製造される。SiC半導体層2の第2主面4では、研削痕およびSiアモルファス層が併存する。レーザアニール処理法によれば、SiC半導体層2の第2主面4に対する第2主面電極層19のオーミック性を高めることができる。
The laser annealing method modifies the SiC single crystal in the surface layer of the second main surface 63 of the SiC semiconductor wafer structure 61 to form a Si amorphous layer. In this case, a SiC semiconductor device 1 having a Si amorphous layer in the surface layer of the second main surface 4 of the SiC semiconductor layer 2 is manufactured. Grinding marks and a Si amorphous layer coexist on the second main surface 4 of the SiC semiconductor layer 2. The laser annealing method can improve the ohmic properties of the second main surface electrode layer 19 with respect to the second main surface 4 of the SiC semiconductor layer 2.
次に、図10Mを参照して、SiC半導体ウエハ構造61から複数のSiC半導体装置1が切り出される。この工程では、SiC半導体ウエハ構造61の第2主面63側にテープ状の支持部材73が貼着される。
Next, referring to FIG. 10M, a plurality of SiC semiconductor devices 1 are cut out from the SiC semiconductor wafer structure 61. In this process, a tape-shaped support member 73 is attached to the second main surface 63 side of the SiC semiconductor wafer structure 61.
次に、SiC半導体ウエハ構造61の第2主面63側から支持部材73を介して切断予定ライン53に外力が加えられる。切断予定ライン53に対する外力は、ブレード等の押圧部材によって加えられてもよい。
Next, an external force is applied to the intended cutting line 53 from the second main surface 63 side of the SiC semiconductor wafer structure 61 via the support member 73. The external force to the intended cutting line 53 may be applied by a pressing member such as a blade.
他の形態において、SiC半導体ウエハ構造61の第1主面62側に支持部材73が貼着されてもよい。この場合、SiC半導体ウエハ構造61の第1主面62側から支持部材73を介して切断予定ライン53に外力が加えられてもよい。外力は、ブレード等の押圧部材によって加えられてもよい。
In another embodiment, a support member 73 may be attached to the first main surface 62 side of the SiC semiconductor wafer structure 61. In this case, an external force may be applied to the intended cutting line 53 from the first main surface 62 side of the SiC semiconductor wafer structure 61 via the support member 73. The external force may be applied by a pressing member such as a blade.
さらに他の形態において、SiC半導体ウエハ構造61の第1主面62側または第2主面63側に伸縮性の支持部材73が貼着されてもよい。この場合、SiC半導体ウエハ構造61は、伸縮性の支持部材73をm軸方向およびa軸方向に引き伸ばすことによって劈開されてもよい。
In yet another embodiment, an elastic support member 73 may be attached to the first main surface 62 side or the second main surface 63 side of the SiC semiconductor wafer structure 61. In this case, the SiC semiconductor wafer structure 61 may be cleaved by stretching the elastic support member 73 in the m-axis direction and the a-axis direction.
支持部材73を用いてSiC半導体ウエハ構造61を劈開する場合は、障害物の少ないSiC半導体ウエハ構造61の第2主面63側に支持部材73が貼着されることが好ましい。
When using the support member 73 to cleave the SiC semiconductor wafer structure 61, it is preferable that the support member 73 be attached to the second main surface 63 side of the SiC semiconductor wafer structure 61, which has fewer obstacles.
このようにして、SiC半導体ウエハ構造61が改質ライン70を起点に切断予定ライン53に沿って劈開され、複数のSiC半導体装置1が1枚のSiC半導体ウエハ構造61(SiC半導体ウエハ41)から切り出される。
In this manner, the SiC semiconductor wafer structure 61 is cleaved along the intended cutting lines 53 starting from the modification lines 70, and multiple SiC semiconductor devices 1 are cut out from one SiC semiconductor wafer structure 61 (SiC semiconductor wafer 41).
改質ライン70のうち各装置形成領域51の辺52Aに沿う部分は、粗面領域20A(改質ライン22A)となる。改質ライン70のうち各装置形成領域51の辺52Bに沿う部分は、粗面領域20B(改質ライン22B)となる。改質ライン70のうち各装置形成領域51の辺52Cに沿う部分は、粗面領域20C(改質ライン22C)となる。改質ライン70のうち各装置形成領域51の辺52Dに沿う部分は、粗面領域20D(改質ライン22D)となる。以上を含む工程を経てSiC半導体装置1が製造される。
The portion of the modification line 70 along the side 52A of each device formation region 51 becomes the rough surface region 20A (modification line 22A). The portion of the modification line 70 along the side 52B of each device formation region 51 becomes the rough surface region 20B (modification line 22B). The portion of the modification line 70 along the side 52C of each device formation region 51 becomes the rough surface region 20C (modification line 22C). The portion of the modification line 70 along the side 52D of each device formation region 51 becomes the rough surface region 20D (modification line 22D). The SiC semiconductor device 1 is manufactured through the processes including those described above.
この形態では、SiC半導体ウエハ構造61の研削工程(図10J)が、改質ライン70の形成工程(図10K)に先立って実施された。しかし、SiC半導体ウエハ構造61の研削工程(図10J)は、SiC半導体ウエハ41の用意工程(図10A)の後、第2主面電極層19の形成工程(図10L)の前の任意のタイミングで実施され得る。
In this embodiment, the grinding process (FIG. 10J) of the SiC semiconductor wafer structure 61 is performed prior to the forming process (FIG. 10K) of the modification line 70. However, the grinding process (FIG. 10J) of the SiC semiconductor wafer structure 61 can be performed at any time after the preparing process (FIG. 10A) of the SiC semiconductor wafer 41 and before the forming process (FIG. 10L) of the second principal surface electrode layer 19.
たとえば、SiC半導体ウエハ構造61の研削工程(図10J)は、SiCエピタキシャル層7の形成工程(図10A)に先立って実施されてもよい。また、SiC半導体ウエハ構造61の研削工程(図10J)は、改質ライン70の形成工程(図10K)の後に実施されてもよい。
For example, the grinding process of the SiC semiconductor wafer structure 61 (FIG. 10J) may be performed prior to the formation process of the SiC epitaxial layer 7 (FIG. 10A). Also, the grinding process of the SiC semiconductor wafer structure 61 (FIG. 10J) may be performed after the formation process of the modification line 70 (FIG. 10K).
また、SiC半導体ウエハ構造61の研削工程(図10J)は、SiC半導体ウエハ41の用意工程(図10A)の後、改質ライン70の形成工程(図10K)の前の任意のタイミングで複数回に分けて実施されてもよい。また、SiC半導体ウエハ構造61の研削工程(図10J)は、SiC半導体ウエハ41の用意工程(図10A)の後、第2主面電極層19の形成工程(図10L)の前の任意のタイミングで複数回に分けて実施されてもよい。
The grinding process (FIG. 10J) of the SiC semiconductor wafer structure 61 may be performed in multiple steps at any timing after the preparation process (FIG. 10A) of the SiC semiconductor wafer 41 and before the formation process (FIG. 10K) of the modification line 70.
The grinding process (FIG. 10J) of the SiC semiconductor wafer structure 61 may be performed in multiple steps at any timing after the preparation process (FIG. 10A) of the SiC semiconductor wafer 41 and before the formation process (FIG. 10L) of the second main surface electrode layer 19.
図11は、SiC半導体装置1が組み込まれた半導体パッケージ74を、封止樹脂79を透過して示す斜視図である。
Figure 11 is a perspective view showing a semiconductor package 74 incorporating a SiC semiconductor device 1, with the sealing resin 79 seen through.
図11を参照して、半導体パッケージ74は、この形態では、所謂TO-220タイプである。半導体パッケージ74は、SiC半導体装置1、パッド部75、ヒートシンク76、複数(この形態では2本)の端子77、複数(この形態では2本)の導線78および封止樹脂79を含む。パッド部75、ヒートシンク76および複数の端子77は、接続対象物の一例としてのリードフレームを形成している。
Referring to FIG. 11, the semiconductor package 74 in this embodiment is a so-called TO-220 type. The semiconductor package 74 includes a SiC semiconductor device 1, a pad portion 75, a heat sink 76, a plurality of terminals 77 (two in this embodiment), a plurality of conductive wires 78 (two in this embodiment), and a sealing resin 79. The pad portion 75, the heat sink 76, and the plurality of terminals 77 form a lead frame as an example of an object to be connected.
パッド部75は、金属板を含む。パッド部75は、鉄、金、銀、銅、アルミニウム等を含んでいてもよい。パッド部75は、平面視において四角形状に形成されている。パッド部75は、SiC半導体装置1の平面面積以上の平面面積を有している。SiC半導体装置1は、パッド部75の上に配置されている。
The pad portion 75 includes a metal plate. The pad portion 75 may include iron, gold, silver, copper, aluminum, etc. The pad portion 75 is formed in a quadrangular shape in a plan view. The pad portion 75 has a planar area equal to or greater than the planar area of the SiC semiconductor device 1. The SiC semiconductor device 1 is disposed on the pad portion 75.
SiC半導体装置1の第2主面電極層19は、導電接合材80を介してパッド部75に電気的に接続されている。導電接合材80は、第2主面電極層19およびパッド部75の間の領域に介在されている。
The second principal surface electrode layer 19 of the SiC semiconductor device 1 is electrically connected to the pad portion 75 via a conductive bonding material 80. The conductive bonding material 80 is interposed in the region between the second principal surface electrode layer 19 and the pad portion 75.
導電接合材80は、金属製ペーストまたは半田であってもよい。金属製ペーストは、Au(金)、Ag(銀)またはCu(銅)を含む導電性ペーストであってもよい。導電接合材80は、半田からなることが好ましい。半田は、鉛フリー型の半田であってもよい。半田は、SnAgCu、SnZnBi、SnCu、SnCuNiまたはSnSbNiのうちの少なくとも1つを含んでいてもよい。
The conductive bonding material 80 may be a metallic paste or solder. The metallic paste may be a conductive paste containing Au (gold), Ag (silver) or Cu (copper). The conductive bonding material 80 is preferably made of solder. The solder may be a lead-free solder. The solder may contain at least one of SnAgCu, SnZnBi, SnCu, SnCuNi or SnSbNi.
ヒートシンク76は、パッド部75の一辺に接続されている。この形態では、パッド部75およびヒートシンク76が、一枚の金属板によって形成されている。ヒートシンク76には、貫通孔76aが形成されている。貫通孔76aは、円形状に形成されている。
The heat sink 76 is connected to one side of the pad portion 75. In this embodiment, the pad portion 75 and the heat sink 76 are formed from a single metal plate. A through hole 76a is formed in the heat sink 76. The through hole 76a is formed in a circular shape.
複数の端子77は、パッド部75に対してヒートシンク76とは反対側の辺に沿って配列されている。複数の端子77は、それぞれ金属板を含む。端子77は、鉄、金、銀、銅、アルミニウム等を含んでいてもよい。
The multiple terminals 77 are arranged along the side of the pad portion 75 opposite the heat sink 76. Each of the multiple terminals 77 includes a metal plate. The terminals 77 may include iron, gold, silver, copper, aluminum, etc.
複数の端子77は、第1端子77Aおよび第2端子77Bを含む。第1端子77Aおよび第2端子77Bは、パッド部75においてヒートシンク76とは反対側の辺に沿って間隔を空けて配列されている。第1端子77Aおよび第2端子77Bは、それらの配列方向に直交する方向に沿って帯状に延びている。
The multiple terminals 77 include a first terminal 77A and a second terminal 77B. The first terminal 77A and the second terminal 77B are arranged at intervals along the side of the pad portion 75 opposite the heat sink 76. The first terminal 77A and the second terminal 77B extend in a strip shape in a direction perpendicular to the direction of their arrangement.
複数の導線78は、ボンディングワイヤ等であってもよい。複数の導線78は、導線78Aおよび導線78Bを含む。導線78Aは、第1端子77AおよびSiC半導体装置1の第1主面電極層12に電気的に接続されている。これにより、第1端子77Aは、導線78Aを介してSiC半導体装置1の第1主面電極層12に電気的に接続されている。
The multiple conductors 78 may be bonding wires or the like. The multiple conductors 78 include conductors 78A and conductors 78B. The conductors 78A are electrically connected to the first terminal 77A and the first principal surface electrode layer 12 of the SiC semiconductor device 1. As a result, the first terminal 77A is electrically connected to the first principal surface electrode layer 12 of the SiC semiconductor device 1 via the conductors 78A.
導線78Bは、第2端子77Bおよびパッド部75に電気的に接続されている。これにより、第2端子77Bは、導線78Bを介してSiC半導体装置1の第2主面電極層19に電気的に接続されている。第2端子77Bは、パッド部75と一体的に形成されていてもよい。
The conductor 78B is electrically connected to the second terminal 77B and the pad portion 75. As a result, the second terminal 77B is electrically connected to the second main surface electrode layer 19 of the SiC semiconductor device 1 via the conductor 78B. The second terminal 77B may be formed integrally with the pad portion 75.
封止樹脂79は、ヒートシンク76および複数の端子77の一部を露出させるように、SiC半導体装置1、パッド部75および複数の導線78を封止している。封止樹脂79は、直方体形状に形成されている。
The sealing resin 79 seals the SiC semiconductor device 1, the pad portion 75, and the multiple conductive wires 78 so as to expose the heat sink 76 and a portion of the multiple terminals 77. The sealing resin 79 is formed in a rectangular parallelepiped shape.
半導体パッケージ74の形態は、TO-220に制限されない。半導体パッケージ74としては、SOP(Small Outline Package)、QFN(Quad Flat Non Lead Package)、DFP(Dual Flat Package)、DIP(Dual Inline Package)、QFP(Quad Flat Package)、SIP(Single Inline Package)またはSOJ(Small Outline J-leaded Package)、もしくは、これらに類する種々の形態が適用されてもよい。
The form of the semiconductor package 74 is not limited to TO-220. The semiconductor package 74 may be SOP (Small Outline Package), QFN (Quad Flat Non Lead Package), DFP (Dual Flat Package), DIP (Dual Inline Package), QFP (Quad Flat Package), SIP (Single Inline Package), SOJ (Small Outline J-leaded Package), or various other similar forms.
図12は、図11に示すSiC半導体装置1の実装状態を具体的に示す斜視図である。
Figure 12 is a perspective view specifically showing the mounting state of the SiC semiconductor device 1 shown in Figure 11.
図12を参照して、SiC半導体装置1は、SiC半導体層2の第2主面4を対向させた姿勢で、パッド部75の上に配置されている。SiC半導体装置1の第2主面電極層19は、導電接合材80を介してパッド部75に電気的に接続されている。
Referring to FIG. 12, the SiC semiconductor device 1 is disposed on the pad portion 75 with the second main surface 4 of the SiC semiconductor layer 2 facing each other. The second main surface electrode layer 19 of the SiC semiconductor device 1 is electrically connected to the pad portion 75 via the conductive bonding material 80.
導電接合材80は、SiC半導体層2の側面5A~5Dに形成された膜状の導電接合材膜80aを含む。導電接合材膜80aは、導電接合材80の一部がSiC半導体層2の側面5A~5Dに膜状に濡れ拡がった領域である。
The conductive bonding material 80 includes a film-like conductive bonding material film 80a formed on the side surfaces 5A to 5D of the SiC semiconductor layer 2. The conductive bonding material film 80a is an area in which a portion of the conductive bonding material 80 has spread in a film-like manner onto the side surfaces 5A to 5D of the SiC semiconductor layer 2.
粗面領域20A~20DがSiC半導体層2の側面5A~5Dに形成されている場合、導電接合材80は、粗面領域20A~20Dで生じる毛細管現象によって側面5A~5Dに濡れ拡がる。この形態では、導電接合材80が粗面領域20A~20Dの全域に濡れ拡がり、粗面領域20A~20Dの全域を被覆する導電接合材膜80aが形成された例を示している。
When the rough surface regions 20A-20D are formed on the side surfaces 5A-5D of the SiC semiconductor layer 2, the conductive bonding material 80 spreads over the side surfaces 5A-5D due to capillary action occurring in the rough surface regions 20A-20D. In this embodiment, the conductive bonding material 80 spreads over the entire rough surface regions 20A-20D, forming a conductive bonding material film 80a that covers the entire rough surface regions 20A-20D.
SiC半導体層2の側面5A~5Dにおいて、第1主面3および粗面領域20A~20Dの間の領域には、滑面領域21A~21Dが形成されている。滑面領域21A~21Dは、粗面領域20A~20Dの面粗さRr未満の面粗さRs(Rs<Rr)を有している。
On the side surfaces 5A-5D of the SiC semiconductor layer 2, smooth surface regions 21A-21D are formed in the regions between the first main surface 3 and the rough surface regions 20A-20D. The smooth surface regions 21A-21D have a surface roughness Rs that is less than the surface roughness Rr of the rough surface regions 20A-20D (Rs<Rr).
粗面領域20A~20Dで生じる毛細管現象は、滑面領域21A~21Dによって抑制される。したがって、側面5A~5Dにおける導電接合材80の濡れ拡がりは、滑面領域21A~21Dによって抑制される。導電接合材膜80aは、この形態では、粗面領域20A~20Dおよび滑面領域21A~21Dの境界を横切って滑面領域21A~21Dの厚さ方向途中部に位置する端部を有している。
The capillary phenomenon occurring in the rough regions 20A-20D is suppressed by the smooth regions 21A-21D. Therefore, the spreading of the conductive bonding material 80 on the side surfaces 5A-5D is suppressed by the smooth regions 21A-21D. In this embodiment, the conductive bonding material film 80a has an end portion that crosses the boundary between the rough regions 20A-20D and the smooth regions 21A-21D and is located midway through the thickness of the smooth regions 21A-21D.
また、滑面領域21A~21Dは、SiC半導体層2の側面5A~5Dにおいて粗面領域20A~20Dに対して第1主面3側の領域に形成されている。これにより、滑面領域21A~21Dは、第1主面3への導電接合材80の回り込みを抑制する。
The smooth surface regions 21A-21D are formed on the side surfaces 5A-5D of the SiC semiconductor layer 2 in the areas closer to the first main surface 3 than the rough surface regions 20A-20D. As a result, the smooth surface regions 21A-21D prevent the conductive bonding material 80 from wrapping around the first main surface 3.
このように、SiC半導体装置1では、導電接合材80(導電接合材膜80a)を介するSiC半導体層2の短絡が滑面領域21A~21Dによって抑制されている。より具体的には、導電接合材80(導電接合材膜80a)を介する第1主面電極層12および第2主面電極層19(パッド部75)の短絡が、滑面領域21A~21Dによって抑制されている。この短絡には、導電接合材80(導電接合材膜80a)および第1主面電極層12の間の放電現象に起因するものが含まれてもよい。
In this way, in the SiC semiconductor device 1, short circuits in the SiC semiconductor layer 2 via the conductive bonding material 80 (conductive bonding material film 80a) are suppressed by the smooth surface regions 21A-21D. More specifically, short circuits in the first principal surface electrode layer 12 and the second principal surface electrode layer 19 (pad portion 75) via the conductive bonding material 80 (conductive bonding material film 80a) are suppressed by the smooth surface regions 21A-21D. These short circuits may include those caused by discharge phenomena between the conductive bonding material 80 (conductive bonding material film 80a) and the first principal surface electrode layer 12.
導電接合材膜80aの形成に伴う短絡のリスクは、SiC半導体層2の側面5A~5Dの面積が小さくなるに従って増加する。つまり、SiC半導体層2の厚さTLが小さい程、導電接合材膜80aの形成に伴う短絡のリスクは増加する。滑面領域21A~21Dによって導電接合材膜80aの形成を抑制する構造は、SiC半導体層2の厚さTLが40μm以上200μm以下の場合において特に有効である。
The risk of short circuiting due to the formation of the conductive bonding material film 80a increases as the area of the side surfaces 5A-5D of the SiC semiconductor layer 2 decreases. In other words, the smaller the thickness TL of the SiC semiconductor layer 2, the greater the risk of short circuiting due to the formation of the conductive bonding material film 80a. The structure that suppresses the formation of the conductive bonding material film 80a by using the smooth surface regions 21A-21D is particularly effective when the thickness TL of the SiC semiconductor layer 2 is 40 μm or more and 200 μm or less.
以上、SiC半導体装置1によれば、粗面領域20A~20Dで生じる毛細管現象を滑面領域21A~21Dによって抑制できるから、SiC半導体層2の側面5A~5Dにおいて導電接合材80の濡れ拡がりを抑制できる。よって、導電接合材80の濡れ拡がりに起因する短絡を抑制できる。
As described above, according to the SiC semiconductor device 1, the capillary phenomenon occurring in the rough surface regions 20A-20D can be suppressed by the smooth surface regions 21A-21D, so that the wetting and spreading of the conductive bonding material 80 on the side surfaces 5A-5D of the SiC semiconductor layer 2 can be suppressed. Therefore, short circuits caused by the wetting and spreading of the conductive bonding material 80 can be suppressed.
また、SiC半導体装置1によれば、粗面領域20A~20DがSiC半導体層2の第2主面4側の領域に形成されており、滑面領域21A~21Dが、粗面領域20A~20Dに対してSiC半導体層2の第1主面3側の領域に形成されている。これにより、SiC半導体層2の第1主面3への導電接合材80の回り込みを適切に抑制できる。よって、導電接合材80の濡れ拡がりに起因する短絡を適切に抑制できる。
In addition, according to the SiC semiconductor device 1, the rough surface regions 20A-20D are formed in the region on the second main surface 4 side of the SiC semiconductor layer 2, and the smooth surface regions 21A-21D are formed in the region on the first main surface 3 side of the SiC semiconductor layer 2 with respect to the rough surface regions 20A-20D. This makes it possible to appropriately prevent the conductive bonding material 80 from wrapping around the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2. This makes it possible to appropriately prevent short circuits caused by the wetting and spreading of the conductive bonding material 80.
特に、SiC半導体装置1によれば、粗面領域20A~20DがSiC半導体基板6に形成されており、滑面領域21A~21DがSiCエピタキシャル層7に形成されている。滑面領域21A~21Dは、SiC半導体基板6およびSiCエピタキシャル層7の境界を横切ってSiC半導体基板6およびSiCエピタキシャル層7に形成されていることが好ましい。
In particular, according to the SiC semiconductor device 1, the rough surface regions 20A-20D are formed in the SiC semiconductor substrate 6, and the smooth surface regions 21A-21D are formed in the SiC epitaxial layer 7. It is preferable that the smooth surface regions 21A-21D are formed in the SiC semiconductor substrate 6 and the SiC epitaxial layer 7 across the boundary between the SiC semiconductor substrate 6 and the SiC epitaxial layer 7.
これにより、導電接合材80がSiCエピタキシャル層7に濡れ拡がるのを適切に抑制できる。よって、導電接合材80に起因する半導体素子(この形態ではショットキーバリアダイオードD)の短絡や電気的特性の変動を抑制できる。
This appropriately prevents the conductive bonding material 80 from spreading over the SiC epitaxial layer 7. This prevents short circuits and fluctuations in electrical characteristics of the semiconductor element (Schottky barrier diode D in this embodiment) caused by the conductive bonding material 80.
また、SiC半導体装置1によれば、SiC半導体層2の第1主面3の上に形成された主面絶縁層10および第1主面電極層12を含む。主面絶縁層10は、SiC半導体層2の側面5A~5Dに連なる絶縁側面11A~11Dを有している。
The SiC semiconductor device 1 also includes a main surface insulating layer 10 and a first main surface electrode layer 12 formed on the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2. The main surface insulating layer 10 has insulating side surfaces 11A-11D that are continuous with the side surfaces 5A-5D of the SiC semiconductor layer 2.
主面絶縁層10は、SiC半導体層2の側面5A~5Dに粗面領域20A~20Dが形成された構造において、SiC半導体層2の側面5A~5Dおよび第1主面電極層12の間の絶縁性を高める。
The main surface insulating layer 10 enhances the insulation between the side surfaces 5A-5D of the SiC semiconductor layer 2 and the first main surface electrode layer 12 in a structure in which rough surface regions 20A-20D are formed on the side surfaces 5A-5D of the SiC semiconductor layer 2.
これにより、導電接合材80の濡れ拡がりを抑制しながら、導電接合材80の濡れ拡がりに起因する短絡を適切に抑制できる。このような構造は、導電接合材80(導電接合材膜80a)および第1主面電極層12の間の放電現象を抑制する上でも有効である。
This makes it possible to appropriately suppress short circuits caused by the spreading of the conductive bonding material 80 while suppressing the spreading of the conductive bonding material 80. Such a structure is also effective in suppressing discharge phenomena between the conductive bonding material 80 (conductive bonding material film 80a) and the first principal surface electrode layer 12.
図13Aは、図3に示すSiC半導体装置1を示す斜視図であって、粗面領域20A~20Dおよび滑面領域21A~21Dの第2形態例を示す斜視図である。以下では、SiC半導体装置1に対して述べた構造に対応する構造については同一の参照符号を付して説明を省略する。
Figure 13A is a perspective view of the SiC semiconductor device 1 shown in Figure 3, showing a second embodiment of the rough surface regions 20A-20D and the smooth surface regions 21A-21D. In the following, structures corresponding to those described for the SiC semiconductor device 1 are given the same reference numerals and will not be described.
第1形態例に係る粗面領域20A~20Dは、SiC半導体層2の側面5A~5Dにおいて第2主面4側の角部からSiC半導体層2の厚さ方向途中部まで形成されている。これに対して、第2形態例に係る粗面領域20A~20Dは、SiC半導体層2の第2主面4から第1主面3に間隔を空けて形成されている。粗面領域20A~20Dは、側面5A~5DからSiC半導体層2の第2主面4の表層部を露出させている。
The rough surface regions 20A-20D according to the first embodiment are formed on the side surfaces 5A-5D of the SiC semiconductor layer 2 from the corners on the second main surface 4 side to the middle of the thickness direction of the SiC semiconductor layer 2. In contrast, the rough surface regions 20A-20D according to the second embodiment are formed at intervals from the second main surface 4 to the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2. The rough surface regions 20A-20D expose the surface portion of the second main surface 4 of the SiC semiconductor layer 2 from the side surfaces 5A-5D.
また、この形態では、1層の改質ライン22A~22Dを含む粗面領域20A~20Dが形成されている。改質ライン22A~22Dは、側面5A~5DにおいてSiC半導体層2の厚さ方向途中部に1対1対応の関係で1つずつ形成されている。
In addition, in this embodiment, rough surface regions 20A-20D are formed, each including one layer of modification lines 22A-22D. The modification lines 22A-22D are formed one by one in a one-to-one correspondence in the middle of the thickness direction of the SiC semiconductor layer 2 on the side surfaces 5A-5D.
滑面領域21A~21Dは、この形態では、側面5A~5Dにおいて第1主面3側の領域に加えて第2主面4側の領域にも形成されている。第2主面4側の滑面領域21A~21Dは、第2主面4からSiC半導体層2の厚さ方向途中部まで形成されている。第2主面4側の滑面領域21A~21Dは、SiC半導体基板6に形成されている。
In this embodiment, the smooth surface regions 21A-21D are formed on the side surfaces 5A-5D in the region on the first main surface 3 side as well as the region on the second main surface 4 side. The smooth surface regions 21A-21D on the second main surface 4 side are formed from the second main surface 4 to the middle of the thickness direction of the SiC semiconductor layer 2. The smooth surface regions 21A-21D on the second main surface 4 side are formed on the SiC semiconductor substrate 6.
第2形態例に係る粗面領域20A~20Dは、改質ライン70(粗面領域20A~20D)の形成工程において、レーザ光の集光部(焦点)等を調節することによって形成される(図10Kも併せて参照)。
The rough surface areas 20A-20D in the second embodiment are formed by adjusting the focus of the laser light during the process of forming the modified lines 70 (rough surface areas 20A-20D) (see also Figure 10K).
以上、第2形態例に係る粗面領域20A~20Dおよび滑面領域21A~21Dが形成される場合であっても、第1形態例に係る粗面領域20A~20Dおよび滑面領域21A~21Dが形成された場合と同様の効果を奏することができる。
As described above, even when the rough surface areas 20A-20D and smooth surface areas 21A-21D according to the second embodiment are formed, the same effects can be achieved as when the rough surface areas 20A-20D and smooth surface areas 21A-21D according to the first embodiment are formed.
特に、第2形態例に係る粗面領域20A~20Dおよび滑面領域21A~21Dを有するSiC半導体装置1によれば、側面5A~5Dの第2主面4側の領域にも滑面領域21A~21Dを有している。これにより、側面5A~5Dの第2主面4側の領域において導電接合材80の濡れ拡がりを抑制できる。よって、導電接合材80の濡れ拡がりに起因する短絡を適切に抑制できる。
In particular, according to the SiC semiconductor device 1 having the rough surface regions 20A-20D and the smooth surface regions 21A-21D of the second embodiment, the side surfaces 5A-5D also have the smooth surface regions 21A-21D in the regions on the second main surface 4 side. This makes it possible to suppress the spread of the conductive bonding material 80 in the regions on the second main surface 4 side of the side surfaces 5A-5D. Therefore, it is possible to appropriately suppress short circuits caused by the spread of the conductive bonding material 80.
また、SiC半導体装置1の製造工程では、SiC半導体ウエハ構造61の研削工程(図10J)が実施される。薄化されたSiC半導体ウエハ構造61(SiC半導体ウエハ41)によれば、複数の改質ライン70(粗面領域20A~20D)を法線方向Zに間隔を空けて形成せずとも、SiC半導体ウエハ構造61(SiC半導体ウエハ41)を適切に劈開できる。
The manufacturing process of the SiC semiconductor device 1 also includes a grinding process (FIG. 10J) of the SiC semiconductor wafer structure 61. The thinned SiC semiconductor wafer structure 61 (SiC semiconductor wafer 41) allows the SiC semiconductor wafer structure 61 (SiC semiconductor wafer 41) to be properly cleaved without forming multiple modification lines 70 (rough surface regions 20A-20D) spaced apart in the normal direction Z.
換言すれば、SiC半導体ウエハ構造61(SiC半導体ウエハ41)の薄化工程を実施しているから、1層の改質ライン70によってSiC半導体ウエハ構造61を適切に劈開できる。これにより、改質ライン70の形成工程の時短を図ることができる。
In other words, since the thinning process of the SiC semiconductor wafer structure 61 (SiC semiconductor wafer 41) is performed, the SiC semiconductor wafer structure 61 can be properly cleaved by a single layer of modification line 70. This can shorten the time required for the process of forming the modification line 70.
これにより、側面5A~5DにおいてSiC半導体層2の厚さ方向に間隔を空けて複数の粗面領域20A~20Dを形成せずに済むので、粗面領域20A~20Dの形成面積を適切に低減できる。これにより、粗面領域20A~20Dに起因する導電接合材80の濡れ拡がりを適切に抑制できる。
This eliminates the need to form multiple rough surface regions 20A-20D spaced apart in the thickness direction of the SiC semiconductor layer 2 on the side surfaces 5A-5D, and therefore allows the formation area of the rough surface regions 20A-20D to be appropriately reduced. This allows the wetting and spreading of the conductive bonding material 80 caused by the rough surface regions 20A-20D to be appropriately suppressed.
この場合、SiC半導体層2の第2主面4は、研削面からなる。SiC半導体装置1は、40μm以上200μm以下の厚さTLを有するSiC半導体層2を含むことが好ましい。このような厚さTLを有するSiC半導体層2は、SiC半導体ウエハ構造61(SiC半導体ウエハ41)から適切に切り出されることができる。
In this case, the second main surface 4 of the SiC semiconductor layer 2 is a ground surface. The SiC semiconductor device 1 preferably includes a SiC semiconductor layer 2 having a thickness TL of 40 μm or more and 200 μm or less. The SiC semiconductor layer 2 having such a thickness TL can be appropriately cut out from the SiC semiconductor wafer structure 61 (SiC semiconductor wafer 41).
SiC半導体層2においてSiC半導体基板6の厚さTSは、40μm以上150μm以下であってもよい。SiC半導体層2においてSiCエピタキシャル層7の厚さTEは、1μm以上50μm以下であってもよい。SiC半導体層2の薄化は、抵抗値を低減する上でも有効である。
In the SiC semiconductor layer 2, the thickness TS of the SiC semiconductor substrate 6 may be 40 μm or more and 150 μm or less. In the SiC semiconductor layer 2, the thickness TE of the SiC epitaxial layer 7 may be 1 μm or more and 50 μm or less. Thinning the SiC semiconductor layer 2 is also effective in reducing the resistance value.
図13Bは、図3に示すSiC半導体装置1を示す斜視図であって、粗面領域20A~20Dおよび滑面領域21A~21Dの第3形態例を示す斜視図である。以下では、SiC半導体装置1に対して述べた構造に対応する構造については同一の参照符号を付して説明を省略する。
Figure 13B is a perspective view of the SiC semiconductor device 1 shown in Figure 3, showing a third embodiment of the rough surface regions 20A-20D and the smooth surface regions 21A-21D. In the following, structures corresponding to those described for the SiC semiconductor device 1 are given the same reference numerals and will not be described.
第1形態例に係る粗面領域20A~20Dは、SiC半導体層2における側面5A~5Dを接続する角部において互いに連なっている。これに対して、第3形態例に係る粗面領域20A~20Dは、SiC半導体層2における側面5A~5Dを接続する角部において互いに間隔を空けて形成されている。
The rough surface regions 20A-20D in the first embodiment are connected to each other at the corners that connect the side surfaces 5A-5D of the SiC semiconductor layer 2. In contrast, the rough surface regions 20A-20D in the third embodiment are formed with a gap between them at the corners that connect the side surfaces 5A-5D of the SiC semiconductor layer 2.
また、この形態では、粗面領域20A~20Dは、SiC半導体層2の第2主面4から第1主面3に間隔を空けて形成されている。粗面領域20A~20Dは、側面5A~5DからSiC半導体層2の第2主面4の表層部を露出させている。
In addition, in this embodiment, the rough surface regions 20A-20D are formed at intervals from the second main surface 4 to the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2. The rough surface regions 20A-20D expose the surface portion of the second main surface 4 of the SiC semiconductor layer 2 from the side surfaces 5A-5D.
また、この形態では、1層の改質ライン22A~22Dを含む粗面領域20A~20Dが形成されている。改質ライン22A~22Dは、側面5A~5DにおいてSiC半導体層2の厚さ方向途中部に1対1対応の関係で1つずつ形成されている。
In addition, in this embodiment, rough surface regions 20A-20D are formed, each including one layer of modification lines 22A-22D. The modification lines 22A-22D are formed one by one in a one-to-one correspondence in the middle of the thickness direction of the SiC semiconductor layer 2 on the side surfaces 5A-5D.
粗面領域20Aおよび粗面領域20Bは、SiC半導体層2における側面5Aおよび側面5Bを接続する角部において法線方向Zに互いに間隔を空けて形成されている。粗面領域20Bおよび粗面領域20Cは、SiC半導体層2における側面5Bおよび側面5Cを接続する角部において法線方向Zに互いに間隔を空けて形成されている。
Rough surface region 20A and rough surface region 20B are formed at intervals from each other in normal direction Z at the corner connecting side 5A and side 5B of SiC semiconductor layer 2. Rough surface region 20B and rough surface region 20C are formed at intervals from each other in normal direction Z at the corner connecting side 5B and side 5C of SiC semiconductor layer 2.
粗面領域20Cおよび粗面領域20Dは、SiC半導体層2における側面5Cおよび側面5Dを接続する角部において法線方向Zに互いに間隔を空けて形成されている。粗面領域20Dおよび粗面領域20Aは、SiC半導体層2における側面5Dおよび側面5Aを接続する角部において法線方向Zに互いに間隔を空けて形成されている。
The rough surface region 20C and the rough surface region 20D are formed at intervals from each other in the normal direction Z at the corner connecting the side 5C and the side 5D of the SiC semiconductor layer 2. The rough surface region 20D and the rough surface region 20A are formed at intervals from each other in the normal direction Z at the corner connecting the side 5D and the side 5A of the SiC semiconductor layer 2.
むろん、粗面領域20A~20Dのうちの少なくとも1つが、SiC半導体層2における側面5A~5Dのいずれかを接続する角部において他の粗面領域20A~20Dから間隔を空けて形成されていてもよい。粗面領域20A~20Dのうちの2つまたは3つが、SiC半導体層2における側面5A~5Dのいずれかを接続する角部において互いに連なっていてもよい。
Of course, at least one of the rough surface regions 20A-20D may be formed at a distance from the other rough surface regions 20A-20D at a corner that connects any of the side surfaces 5A-5D of the SiC semiconductor layer 2. Two or three of the rough surface regions 20A-20D may be connected to each other at a corner that connects any of the side surfaces 5A-5D of the SiC semiconductor layer 2.
滑面領域21A~21Dは、この形態では、側面5A~5Dにおいて第1主面3側の領域に加えて第2主面4側の領域にも形成されている。第2主面4側の滑面領域21A~21Dは、第2主面4からSiC半導体層2の厚さ方向途中部まで形成されている。第2主面4側の滑面領域21A~21Dは、SiC半導体基板6に形成されている。
In this embodiment, the smooth surface regions 21A-21D are formed on the side surfaces 5A-5D in the region on the first main surface 3 side as well as the region on the second main surface 4 side. The smooth surface regions 21A-21D on the second main surface 4 side are formed from the second main surface 4 to the middle of the thickness direction of the SiC semiconductor layer 2. The smooth surface regions 21A-21D on the second main surface 4 side are formed on the SiC semiconductor substrate 6.
第3形態例に係る粗面領域20A~20Dは、改質ライン70(粗面領域20A~20D)の形成工程において、レーザ光の集光部(焦点)等を調節することによって形成される(図10Kも併せて参照)。
The rough surface regions 20A-20D in the third embodiment are formed by adjusting the focus (focus) of the laser light during the process of forming the modified line 70 (rough surface regions 20A-20D) (see also Figure 10K).
以上、第3形態例に係る粗面領域20A~20Dおよび滑面領域21A~21Dが形成される場合であっても、第1形態例および第2形態例に係る粗面領域20A~20Dおよび滑面領域21A~21Dが形成された場合と同様の効果を奏することができる。
As described above, even when the rough surface areas 20A-20D and smooth surface areas 21A-21D according to the third embodiment are formed, the same effects can be achieved as when the rough surface areas 20A-20D and smooth surface areas 21A-21D according to the first and second embodiments are formed.
図13Cは、図3に示すSiC半導体装置1を示す斜視図であって、粗面領域20A~20Dおよび滑面領域21A~21Dの第4形態例を示す斜視図である。以下では、SiC半導体装置1に対して述べた構造に対応する構造については同一の参照符号を付して説明を省略する。
Figure 13C is a perspective view of the SiC semiconductor device 1 shown in Figure 3, showing a fourth embodiment of the rough surface regions 20A-20D and the smooth surface regions 21A-21D. In the following, structures corresponding to those described for the SiC semiconductor device 1 are given the same reference numerals and will not be described.
第1形態例に係る粗面領域20A~20Dは、SiC半導体層2の第1主面3の接線方向に沿って直線状に延びる帯状に形成されている。これに対して、第4形態例に係る粗面領域20A~20Dは、SiC半導体層2の第1主面3から第2主面4に向けて下り傾斜した傾斜状に延びる帯状に形成されている。
The rough surface regions 20A-20D in the first embodiment are formed in a strip shape that extends linearly along the tangential direction of the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2. In contrast, the rough surface regions 20A-20D in the fourth embodiment are formed in a strip shape that extends in a downward inclination from the first main surface 3 to the second main surface 4 of the SiC semiconductor layer 2.
また、この形態では、粗面領域20A~20Dは、SiC半導体層2の第2主面4から第1主面3に間隔を空けて形成されている。粗面領域20A~20Dは、側面5A~5DからSiC半導体層2の第2主面4の表層部を露出させている。
In addition, in this embodiment, the rough surface regions 20A-20D are formed at intervals from the second main surface 4 to the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2. The rough surface regions 20A-20D expose the surface portion of the second main surface 4 of the SiC semiconductor layer 2 from the side surfaces 5A-5D.
また、この形態では、1層の改質ライン22A~22Dを含む粗面領域20A~20Dが形成されている。改質ライン22A~22Dは、側面5A~5DにおいてSiC半導体層2の厚さ方向途中部に1対1対応の関係で1つずつ形成されている。
In addition, in this embodiment, rough surface regions 20A-20D are formed, each including one layer of modification lines 22A-22D. The modification lines 22A-22D are formed one by one in a one-to-one correspondence in the middle of the thickness direction of the SiC semiconductor layer 2 on the side surfaces 5A-5D.
第4形態例に係る粗面領域20A~20Dは、より具体的には、第1端部領域81、第2端部領域82および傾斜領域83をそれぞれ含む。第1端部領域81は、SiC半導体層2の角部近傍においてSiC半導体層2の第1主面3側に位置している。第2端部領域82は、SiC半導体層2の角部近傍において第1端部領域81に対してSiC半導体層2の第2主面4側に位置している。傾斜領域83は、第1端部領域81および第2端部領域82の間の領域を第1主面3から第2主面4に向けて下り傾斜している。
More specifically, the rough surface regions 20A to 20D according to the fourth embodiment each include a first end region 81, a second end region 82, and an inclined region 83. The first end region 81 is located on the first main surface 3 side of the SiC semiconductor layer 2 near a corner of the SiC semiconductor layer 2. The second end region 82 is located on the second main surface 4 side of the SiC semiconductor layer 2 relative to the first end region 81 near the corner of the SiC semiconductor layer 2. The inclined region 83 slopes downward from the first main surface 3 toward the second main surface 4 in the region between the first end region 81 and the second end region 82.
SiC半導体層2における側面5Aおよび側面5Bを接続する角部には、粗面領域20Aの第1端部領域81および粗面領域20Bの第1端部領域81が位置していてもよい。SiC半導体層2における側面5Aおよび側面5Bを接続する角部には、粗面領域20Aの第2端部領域82および粗面領域20Bの第2端部領域82が位置していてもよい。
A first end region 81 of the rough surface region 20A and a first end region 81 of the rough surface region 20B may be located at the corner connecting the side 5A and the side 5B of the SiC semiconductor layer 2. A second end region 82 of the rough surface region 20A and a second end region 82 of the rough surface region 20B may be located at the corner connecting the side 5A and the side 5B of the SiC semiconductor layer 2.
SiC半導体層2における側面5Aおよび側面5Bを接続する角部には、粗面領域20Aの第1端部領域81および粗面領域20Bの第2端部領域82が位置していてもよい。SiC半導体層2における側面5Aおよび側面5Bを接続する角部には、粗面領域20Aの第2端部領域82および粗面領域20Bの第1端部領域81が位置していてもよい。
The first end region 81 of the rough surface region 20A and the second end region 82 of the rough surface region 20B may be located at the corner connecting the side 5A and the side 5B of the SiC semiconductor layer 2. The second end region 82 of the rough surface region 20A and the first end region 81 of the rough surface region 20B may be located at the corner connecting the side 5A and the side 5B of the SiC semiconductor layer 2.
粗面領域20Aおよび粗面領域20Bは、SiC半導体層2における側面5Aおよび側面5Bを接続する角部において互いに連なっていてもよいし、互いに間隔を空けて形成されていてもよい。
The rough surface region 20A and the rough surface region 20B may be connected to each other at the corner that connects the side surface 5A and the side surface 5B of the SiC semiconductor layer 2, or may be formed with a gap between them.
SiC半導体層2における側面5Bおよび側面5Cを接続する角部には、粗面領域20Bの第1端部領域81および粗面領域20Cの第1端部領域81が位置していてもよい。SiC半導体層2における側面5Bおよび側面5Cを接続する角部には、粗面領域20Bの第2端部領域82および粗面領域20Cの第2端部領域82が位置していてもよい。
A first end region 81 of the rough surface region 20B and a first end region 81 of the rough surface region 20C may be located at the corner connecting the side 5B and the side 5C of the SiC semiconductor layer 2. A second end region 82 of the rough surface region 20B and a second end region 82 of the rough surface region 20C may be located at the corner connecting the side 5B and the side 5C of the SiC semiconductor layer 2.
SiC半導体層2における側面5Bおよび側面5Cを接続する角部には、粗面領域20Bの第1端部領域81および粗面領域20Cの第2端部領域82が位置していてもよい。SiC半導体層2における側面5Bおよび側面5Cを接続する角部には、粗面領域20Bの第2端部領域82および粗面領域20Cの第1端部領域81が位置していてもよい。
The first end region 81 of the rough surface region 20B and the second end region 82 of the rough surface region 20C may be located at the corner connecting the side 5B and the side 5C of the SiC semiconductor layer 2. The second end region 82 of the rough surface region 20B and the first end region 81 of the rough surface region 20C may be located at the corner connecting the side 5B and the side 5C of the SiC semiconductor layer 2.
粗面領域20Bおよび粗面領域20Cは、SiC半導体層2における側面5Bおよび側面5Cを接続する角部において互いに連なっていてもよいし、互いに間隔を空けて形成されていてもよい。
Rough surface region 20B and rough surface region 20C may be connected to each other at the corner that connects side surface 5B and side surface 5C of SiC semiconductor layer 2, or may be formed with a gap between them.
SiC半導体層2における側面5Cおよび側面5Dを接続する角部には、粗面領域20Cの第1端部領域81および粗面領域20Dの第1端部領域81が位置していてもよい。SiC半導体層2における側面5Cおよび側面5Dを接続する角部には、粗面領域20Cの第2端部領域82および粗面領域20Dの第2端部領域82が位置していてもよい。
A first end region 81 of the rough surface region 20C and a first end region 81 of the rough surface region 20D may be located at the corner connecting the side 5C and the side 5D of the SiC semiconductor layer 2. A second end region 82 of the rough surface region 20C and a second end region 82 of the rough surface region 20D may be located at the corner connecting the side 5C and the side 5D of the SiC semiconductor layer 2.
SiC半導体層2における側面5Cおよび側面5Dを接続する角部には、粗面領域20Cの第1端部領域81および粗面領域20Dの第2端部領域82が位置していてもよい。SiC半導体層2における側面5Cおよび側面5Dを接続する角部には、粗面領域20Cの第2端部領域82および粗面領域20Dの第1端部領域81が位置していてもよい。
The first end region 81 of the rough surface region 20C and the second end region 82 of the rough surface region 20D may be located at the corner connecting the side 5C and the side 5D of the SiC semiconductor layer 2. The second end region 82 of the rough surface region 20C and the first end region 81 of the rough surface region 20D may be located at the corner connecting the side 5C and the side 5D of the SiC semiconductor layer 2.
粗面領域20Cおよび粗面領域20Dは、SiC半導体層2における側面5Cおよび側面5Dを接続する角部において互いに連なっていてもよいし、互いに間隔を空けて形成されていてもよい。
The rough surface region 20C and the rough surface region 20D may be connected to each other at the corner that connects the side surface 5C and the side surface 5D of the SiC semiconductor layer 2, or may be formed with a gap between them.
SiC半導体層2における側面5Dおよび側面5Aを接続する角部には、粗面領域20Dの第1端部領域81および粗面領域20Aの第1端部領域81が位置していてもよい。SiC半導体層2における側面5Dおよび側面5Aを接続する角部には、粗面領域20Dの第2端部領域82および粗面領域20Aの第2端部領域82が位置していてもよい。
A first end region 81 of the rough surface region 20D and a first end region 81 of the rough surface region 20A may be located at the corner connecting the side 5D and the side 5A in the SiC semiconductor layer 2. A second end region 82 of the rough surface region 20D and a second end region 82 of the rough surface region 20A may be located at the corner connecting the side 5D and the side 5A in the SiC semiconductor layer 2.
SiC半導体層2における側面5Dおよび側面5Aを接続する角部には、粗面領域20Dの第1端部領域81および粗面領域20Aの第2端部領域82が位置していてもよい。SiC半導体層2における側面5Dおよび側面5Aを接続する角部には、粗面領域20Dの第2端部領域82および粗面領域20Aの第1端部領域81が位置していてもよい。
The first end region 81 of the rough surface region 20D and the second end region 82 of the rough surface region 20A may be located at the corner connecting the side 5D and the side 5A in the SiC semiconductor layer 2. The second end region 82 of the rough surface region 20D and the first end region 81 of the rough surface region 20A may be located at the corner connecting the side 5D and the side 5A in the SiC semiconductor layer 2.
粗面領域20Dおよび粗面領域20Aは、SiC半導体層2における側面5Dおよび側面5Aを接続する角部において互いに連なっていてもよいし、互いに間隔を空けて形成されていてもよい。
The rough surface region 20D and the rough surface region 20A may be connected to each other at the corner that connects the side surface 5D and the side surface 5A of the SiC semiconductor layer 2, or may be formed with a gap between them.
滑面領域21A~21Dは、この形態では、側面5A~5Dにおいて第1主面3側の領域に加えて第2主面4側の領域にも形成されている。第2主面4側の滑面領域21A~21Dは、第2主面4からSiC半導体層2の厚さ方向途中部まで形成されている。第2主面4側の滑面領域21A~21Dは、SiC半導体基板6に形成されている。
In this embodiment, the smooth surface regions 21A-21D are formed on the side surfaces 5A-5D in the region on the first main surface 3 side as well as the region on the second main surface 4 side. The smooth surface regions 21A-21D on the second main surface 4 side are formed from the second main surface 4 to the middle of the thickness direction of the SiC semiconductor layer 2. The smooth surface regions 21A-21D on the second main surface 4 side are formed on the SiC semiconductor substrate 6.
第4形態例に係る粗面領域20A~20Dは、改質ライン70(粗面領域20A~20D)の形成工程において、レーザ光の集光部(焦点)等を調節することによって形成される(図10Kも併せて参照)。
The rough surface areas 20A-20D in the fourth embodiment are formed by adjusting the focus of the laser light during the process of forming the modified lines 70 (rough surface areas 20A-20D) (see also FIG. 10K).
以上、第4形態例に係る粗面領域20A~20Dおよび滑面領域21A~21Dが形成される場合であっても、第1形態例および第2形態例に係る粗面領域20A~20Dおよび滑面領域21A~21Dが形成された場合と同様の効果を奏することができる。
As described above, even when the rough surface areas 20A-20D and smooth surface areas 21A-21D of the fourth embodiment are formed, the same effects can be achieved as when the rough surface areas 20A-20D and smooth surface areas 21A-21D of the first and second embodiments are formed.
特に、第4形態例に係る粗面領域20A~20Dのベースとなる改質ライン70によれば、SiC半導体ウエハ構造61(SiC半導体ウエハ41)の厚さ方向の異なる領域において劈開起点を形成できる。これにより、1層からなる改質ライン70(粗面領域20A~20D)を形成する場合であっても、SiC半導体ウエハ構造61を適切に劈開できる。
In particular, according to the modification line 70 that is the base of the rough surface regions 20A-20D in the fourth embodiment, cleavage starting points can be formed in different regions in the thickness direction of the SiC semiconductor wafer structure 61 (SiC semiconductor wafer 41). This allows the SiC semiconductor wafer structure 61 to be properly cleaved even when the modification line 70 (rough surface regions 20A-20D) consisting of a single layer is formed.
図13Dは、図3に示すSiC半導体装置1を示す斜視図であって、粗面領域20A~20Dおよび滑面領域21A~21Dの第5形態例を示す斜視図である。以下では、SiC半導体装置1に対して述べた構造に対応する構造については同一の参照符号を付して説明を省略する。
Figure 13D is a perspective view of the SiC semiconductor device 1 shown in Figure 3, showing a fifth embodiment of the rough surface regions 20A-20D and the smooth surface regions 21A-21D. In the following, structures corresponding to those described for the SiC semiconductor device 1 are given the same reference numerals and will not be described.
第1形態例に係る粗面領域20A~20Dは、SiC半導体層2の第1主面3の接線方向に沿って直線状に延びる帯状に形成されている。これに対して、第5形態例に係る粗面領域20A~20Dは、SiC半導体層2の第1主面3から第2主面4に向けて下り傾斜し、曲線状(湾曲状)に延びる帯状に形成されている。
The rough surface regions 20A-20D in the first embodiment are formed in a band shape that extends linearly along the tangential direction of the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2. In contrast, the rough surface regions 20A-20D in the fifth embodiment are formed in a band shape that slopes downward from the first main surface 3 to the second main surface 4 of the SiC semiconductor layer 2 and extends in a curved (curved) shape.
また、この形態では、粗面領域20A~20Dは、SiC半導体層2の第2主面4から第1主面3に間隔を空けて形成されている。粗面領域20A~20Dは、側面5A~5DからSiC半導体層2の第2主面4の表層部を露出させている。
In addition, in this embodiment, the rough surface regions 20A-20D are formed at intervals from the second main surface 4 to the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2. The rough surface regions 20A-20D expose the surface portion of the second main surface 4 of the SiC semiconductor layer 2 from the side surfaces 5A-5D.
また、この形態では、1層の改質ライン22A~22Dを含む粗面領域20A~20Dが形成されている。改質ライン22A~22Dは、側面5A~5DにおいてSiC半導体層2の厚さ方向途中部に1対1対応の関係で1つずつ形成されている。
In addition, in this embodiment, rough surface regions 20A-20D are formed, each including one layer of modification lines 22A-22D. The modification lines 22A-22D are formed one by one in a one-to-one correspondence in the middle of the thickness direction of the SiC semiconductor layer 2 on the side surfaces 5A-5D.
第5形態例に係る粗面領域20A~20Dは、より具体的には、第1端部領域84、第2端部領域85および湾曲領域86をそれぞれ含む。第1端部領域84は、SiC半導体層2の角部近傍においてSiC半導体層2の第1主面3側に位置している。第2端部領域85は、SiC半導体層2の角部近傍において第1端部領域84に対してSiC半導体層2の第2主面4側に位置している。
More specifically, the rough surface regions 20A to 20D according to the fifth embodiment each include a first end region 84, a second end region 85, and a curved region 86. The first end region 84 is located on the first main surface 3 side of the SiC semiconductor layer 2 near the corner of the SiC semiconductor layer 2. The second end region 85 is located on the second main surface 4 side of the SiC semiconductor layer 2 relative to the first end region 84 near the corner of the SiC semiconductor layer 2.
湾曲領域86は、第1主面3から第2主面4に向けて凹湾曲状に下り傾斜し、第1端部領域84および第2端部領域85を接続している。湾曲領域86は、第1主面3から第2主面4に向けて凸湾曲状に下り傾斜していてもよい。
The curved region 86 slopes downward from the first main surface 3 toward the second main surface 4 in a concave curved manner, connecting the first end region 84 and the second end region 85. The curved region 86 may also slope downward from the first main surface 3 toward the second main surface 4 in a convex curved manner.
SiC半導体層2における側面5Aおよび側面5Bを接続する角部には、粗面領域20Aの第1端部領域84および粗面領域20Bの第1端部領域84が位置していてもよい。SiC半導体層2における側面5Aおよび側面5Bを接続する角部には、粗面領域20Aの第2端部領域85および粗面領域20Bの第2端部領域85が位置していてもよい。
A first end region 84 of the rough surface region 20A and a first end region 84 of the rough surface region 20B may be located at the corner connecting the side 5A and the side 5B of the SiC semiconductor layer 2. A second end region 85 of the rough surface region 20A and a second end region 85 of the rough surface region 20B may be located at the corner connecting the side 5A and the side 5B of the SiC semiconductor layer 2.
SiC半導体層2における側面5Aおよび側面5Bを接続する角部には、粗面領域20Aの第1端部領域84および粗面領域20Bの第2端部領域85が位置していてもよい。SiC半導体層2における側面5Aおよび側面5Bを接続する角部には、粗面領域20Aの第2端部領域85および粗面領域20Bの第1端部領域84が位置していてもよい。
The first end region 84 of the rough surface region 20A and the second end region 85 of the rough surface region 20B may be located at the corner connecting the side 5A and the side 5B of the SiC semiconductor layer 2. The second end region 85 of the rough surface region 20A and the first end region 84 of the rough surface region 20B may be located at the corner connecting the side 5A and the side 5B of the SiC semiconductor layer 2.
粗面領域20Aおよび粗面領域20Bは、SiC半導体層2における側面5Aおよび側面5Bを接続する角部において互いに連なっていてもよいし、互いに間隔を空けて形成されていてもよい。
The rough surface region 20A and the rough surface region 20B may be connected to each other at the corner that connects the side surface 5A and the side surface 5B of the SiC semiconductor layer 2, or may be formed with a gap between them.
SiC半導体層2における側面5Bおよび側面5Cを接続する角部には、粗面領域20Bの第1端部領域84および粗面領域20Cの第1端部領域84が位置していてもよい。SiC半導体層2における側面5Bおよび側面5Cを接続する角部には、粗面領域20Bの第2端部領域85および粗面領域20Cの第2端部領域85が位置していてもよい。
A first end region 84 of the rough surface region 20B and a first end region 84 of the rough surface region 20C may be located at the corner connecting the side 5B and the side 5C of the SiC semiconductor layer 2. A second end region 85 of the rough surface region 20B and a second end region 85 of the rough surface region 20C may be located at the corner connecting the side 5B and the side 5C of the SiC semiconductor layer 2.
SiC半導体層2における側面5Bおよび側面5Cを接続する角部には、粗面領域20Bの第1端部領域84および粗面領域20Cの第2端部領域85が位置していてもよい。SiC半導体層2における側面5Bおよび側面5Cを接続する角部には、粗面領域20Bの第2端部領域85および粗面領域20Cの第1端部領域84が位置していてもよい。
The first end region 84 of the rough surface region 20B and the second end region 85 of the rough surface region 20C may be located at the corner connecting the side 5B and the side 5C of the SiC semiconductor layer 2. The second end region 85 of the rough surface region 20B and the first end region 84 of the rough surface region 20C may be located at the corner connecting the side 5B and the side 5C of the SiC semiconductor layer 2.
粗面領域20Bおよび粗面領域20Cは、SiC半導体層2における側面5Bおよび側面5Cを接続する角部において互いに連なっていてもよいし、互いに間隔を空けて形成されていてもよい。
Rough surface region 20B and rough surface region 20C may be connected to each other at the corner that connects side surface 5B and side surface 5C of SiC semiconductor layer 2, or may be formed with a gap between them.
SiC半導体層2における側面5Cおよび側面5Dを接続する角部には、粗面領域20Cの第1端部領域84および粗面領域20Dの第1端部領域84が位置していてもよい。SiC半導体層2における側面5Cおよび側面5Dを接続する角部には、粗面領域20Cの第2端部領域85および粗面領域20Dの第2端部領域85が位置していてもよい。
A first end region 84 of the rough surface region 20C and a first end region 84 of the rough surface region 20D may be located at the corner connecting the side 5C and the side 5D of the SiC semiconductor layer 2. A second end region 85 of the rough surface region 20C and a second end region 85 of the rough surface region 20D may be located at the corner connecting the side 5C and the side 5D of the SiC semiconductor layer 2.
SiC半導体層2における側面5Cおよび側面5Dを接続する角部には、粗面領域20Cの第1端部領域84および粗面領域20Dの第2端部領域85が位置していてもよい。SiC半導体層2における側面5Cおよび側面5Dを接続する角部には、粗面領域20Cの第2端部領域85および粗面領域20Dの第1端部領域84が位置していてもよい。
The first end region 84 of the rough surface region 20C and the second end region 85 of the rough surface region 20D may be located at the corner connecting the side 5C and the side 5D of the SiC semiconductor layer 2. The second end region 85 of the rough surface region 20C and the first end region 84 of the rough surface region 20D may be located at the corner connecting the side 5C and the side 5D of the SiC semiconductor layer 2.
粗面領域20Cおよび粗面領域20Dは、SiC半導体層2における側面5Cおよび側面5Dを接続する角部において互いに連なっていてもよいし、互いに間隔を空けて形成されていてもよい。
The rough surface region 20C and the rough surface region 20D may be connected to each other at the corner that connects the side surface 5C and the side surface 5D of the SiC semiconductor layer 2, or may be formed with a gap between them.
SiC半導体層2における側面5Dおよび側面5Aを接続する角部には、粗面領域20Dの第1端部領域84および粗面領域20Aの第1端部領域84が位置していてもよい。SiC半導体層2における側面5Dおよび側面5Aを接続する角部には、粗面領域20Dの第2端部領域85および粗面領域20Aの第2端部領域85が位置していてもよい。
A first end region 84 of the rough surface region 20D and a first end region 84 of the rough surface region 20A may be located at the corner connecting the side 5D and the side 5A in the SiC semiconductor layer 2. A second end region 85 of the rough surface region 20D and a second end region 85 of the rough surface region 20A may be located at the corner connecting the side 5D and the side 5A in the SiC semiconductor layer 2.
SiC半導体層2における側面5Dおよび側面5Aを接続する角部には、粗面領域20Dの第1端部領域84および粗面領域20Aの第2端部領域85が位置していてもよい。SiC半導体層2における側面5Dおよび側面5Aを接続する角部には、粗面領域20Dの第2端部領域85および粗面領域20Aの第1端部領域84が位置していてもよい。
The first end region 84 of the rough surface region 20D and the second end region 85 of the rough surface region 20A may be located at the corner connecting the side 5D and the side 5A in the SiC semiconductor layer 2. The second end region 85 of the rough surface region 20D and the first end region 84 of the rough surface region 20A may be located at the corner connecting the side 5D and the side 5A in the SiC semiconductor layer 2.
粗面領域20Dおよび粗面領域20Aは、SiC半導体層2における側面5Dおよび側面5Aを接続する角部において互いに連なっていてもよいし、互いに間隔を空けて形成されていてもよい。
The rough surface region 20D and the rough surface region 20A may be connected to each other at the corner that connects the side surface 5D and the side surface 5A of the SiC semiconductor layer 2, or may be formed with a gap between them.
滑面領域21A~21Dは、この形態では、側面5A~5Dにおいて第1主面3側の領域に加えて第2主面4側の領域にも形成されている。第2主面4側の滑面領域21A~21Dは、第2主面4からSiC半導体層2の厚さ方向途中部まで形成されている。第2主面4側の滑面領域21A~21Dは、SiC半導体基板6に形成されている。
In this embodiment, the smooth surface regions 21A-21D are formed on the side surfaces 5A-5D in the region on the first main surface 3 side as well as the region on the second main surface 4 side. The smooth surface regions 21A-21D on the second main surface 4 side are formed from the second main surface 4 to the middle of the thickness direction of the SiC semiconductor layer 2. The smooth surface regions 21A-21D on the second main surface 4 side are formed on the SiC semiconductor substrate 6.
第5形態例に係る粗面領域20A~20Dは、改質ライン70(粗面領域20A~20D)の形成工程において、レーザ光の集光部(焦点)等を調節することによって形成される(図10Kも併せて参照)。
The rough surface areas 20A-20D in the fifth embodiment are formed by adjusting the focus of the laser light during the process of forming the modified lines 70 (rough surface areas 20A-20D) (see also FIG. 10K).
以上、第5形態例に係る粗面領域20A~20Dおよび滑面領域21A~21Dが形成される場合であっても、第1形態例および第2形態例に係る粗面領域20A~20Dおよび滑面領域21A~21Dが形成された場合と同様の効果を奏することができる。
As described above, even when the rough surface areas 20A-20D and smooth surface areas 21A-21D of the fifth embodiment are formed, the same effects can be achieved as when the rough surface areas 20A-20D and smooth surface areas 21A-21D of the first and second embodiments are formed.
特に、第5形態例に係る粗面領域20A~20Dのベースとなる改質ライン70によれば、SiC半導体ウエハ構造61(SiC半導体ウエハ41)の厚さ方向の異なる領域において劈開起点を形成できる。これにより、1層からなる改質ライン70(粗面領域20A~20D)を形成する場合であっても、SiC半導体ウエハ構造61を適切に劈開できる。
In particular, according to the modification line 70 that serves as the base of the rough surface regions 20A-20D in the fifth embodiment, cleavage origins can be formed in different regions in the thickness direction of the SiC semiconductor wafer structure 61 (SiC semiconductor wafer 41). This allows the SiC semiconductor wafer structure 61 to be properly cleaved even when the modification line 70 (rough surface regions 20A-20D) consisting of a single layer is formed.
図13Eは、図3に示すSiC半導体装置1を示す斜視図であって、粗面領域20A~20Dおよび滑面領域21A~21Dの第6形態例を示す斜視図である。以下では、SiC半導体装置1に対して述べた構造に対応する構造については同一の参照符号を付して説明を省略する。
Figure 13E is a perspective view of the SiC semiconductor device 1 shown in Figure 3, showing a sixth embodiment of the rough surface regions 20A-20D and the smooth surface regions 21A-21D. In the following, structures corresponding to those described for the SiC semiconductor device 1 are given the same reference numerals and will not be described.
第1形態例に係る粗面領域20A~20Dは、SiC半導体層2の第1主面3の接線方向に沿って直線状に延びる帯状に形成されている。これに対して、第6形態例に係る粗面領域20A~20Dは、SiC半導体層2の第1主面3および第2主面4に向けて蛇行した曲線状(湾曲状)に延びる帯状に形成されている。
The rough surface regions 20A-20D in the first embodiment are formed in strips extending linearly along the tangent direction of the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2. In contrast, the rough surface regions 20A-20D in the sixth embodiment are formed in strips extending in a meandering curve (curved shape) toward the first main surface 3 and the second main surface 4 of the SiC semiconductor layer 2.
また、この形態では、粗面領域20A~20Dは、SiC半導体層2の第2主面4から第1主面3に間隔を空けて形成されている。粗面領域20A~20Dは、側面5A~5DからSiC半導体層2の第2主面4の表層部を露出させている。
In addition, in this embodiment, the rough surface regions 20A-20D are formed at intervals from the second main surface 4 to the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2. The rough surface regions 20A-20D expose the surface portion of the second main surface 4 of the SiC semiconductor layer 2 from the side surfaces 5A-5D.
また、この形態では、1層の改質ライン22A~22Dを含む粗面領域20A~20Dが形成されている。改質ライン22A~22Dは、側面5A~5DにおいてSiC半導体層2の厚さ方向途中部に1対1対応の関係で1つずつ形成されている。
In addition, in this embodiment, rough surface regions 20A-20D are formed, each including one layer of modification lines 22A-22D. The modification lines 22A-22D are formed one by one in a one-to-one correspondence in the middle of the thickness direction of the SiC semiconductor layer 2 on the side surfaces 5A-5D.
粗面領域20A~20Dは、より具体的には、複数の第1領域87、複数の第2領域88および複数の接続領域89をそれぞれ含む。複数の第1領域87は、SiC半導体層2の第1主面3側の領域に位置している。複数の第2領域88は、複数の第1領域87に対してSiC半導体層2の第2主面4側の領域に位置している。複数の湾曲領域86は、対応する第1領域87および第2領域88をそれぞれ接続している。
More specifically, the rough surface regions 20A-20D each include a plurality of first regions 87, a plurality of second regions 88, and a plurality of connection regions 89. The plurality of first regions 87 are located in a region on the first main surface 3 side of the SiC semiconductor layer 2. The plurality of second regions 88 are located in a region on the second main surface 4 side of the SiC semiconductor layer 2 relative to the plurality of first regions 87. The plurality of curved regions 86 each connect the corresponding first regions 87 and second regions 88.
粗面領域20Aおよび粗面領域20Bは、SiC半導体層2における側面5Aおよび側面5Bを接続する角部において互いに連なっていてもよいし、互いに間隔を空けて形成されていてもよい。
The rough surface region 20A and the rough surface region 20B may be connected to each other at the corner that connects the side surface 5A and the side surface 5B of the SiC semiconductor layer 2, or may be formed with a gap between them.
粗面領域20Bおよび粗面領域20Cは、SiC半導体層2における側面5Bおよび側面5Cを接続する角部において互いに連なっていてもよいし、互いに間隔を空けて形成されていてもよい。
Rough surface region 20B and rough surface region 20C may be connected to each other at the corner that connects side surface 5B and side surface 5C of SiC semiconductor layer 2, or may be formed with a gap between them.
粗面領域20Cおよび粗面領域20Dは、SiC半導体層2における側面5Cおよび側面5Dを接続する角部において互いに連なっていてもよいし、互いに間隔を空けて形成されていてもよい。
The rough surface region 20C and the rough surface region 20D may be connected to each other at the corner that connects the side surface 5C and the side surface 5D of the SiC semiconductor layer 2, or may be formed with a gap between them.
粗面領域20Dおよび粗面領域20Aは、SiC半導体層2における側面5Dおよび側面5Aを接続する角部において互いに連なっていてもよいし、互いに間隔を空けて形成されていてもよい。
The rough surface region 20D and the rough surface region 20A may be connected to each other at the corner that connects the side surface 5D and the side surface 5A of the SiC semiconductor layer 2, or may be formed with a gap between them.
滑面領域21A~21Dは、この形態では、側面5A~5Dにおいて第1主面3側の領域に加えて第2主面4側の領域にも形成されている。第2主面4側の滑面領域21A~21Dは、第2主面4からSiC半導体層2の厚さ方向途中部まで形成されている。第2主面4側の滑面領域21A~21Dは、SiC半導体基板6に形成されている。
In this embodiment, the smooth surface regions 21A-21D are formed on the side surfaces 5A-5D in the region on the first main surface 3 side as well as the region on the second main surface 4 side. The smooth surface regions 21A-21D on the second main surface 4 side are formed from the second main surface 4 to the middle of the thickness direction of the SiC semiconductor layer 2. The smooth surface regions 21A-21D on the second main surface 4 side are formed on the SiC semiconductor substrate 6.
粗面領域20A~20Dの蛇行周期は、任意である。粗面領域20A~20Dは、第1主面3から第2主面4に向けて凹湾曲状に延びる帯状にそれぞれ形成されていてもよい。この場合、粗面領域20A~20Dは、2つの第1領域87、1つの第2領域88および2つの接続領域89をそれぞれ含んでいてもよい。
The meandering period of the rough surface regions 20A-20D is arbitrary. The rough surface regions 20A-20D may each be formed in a band shape extending in a concave curve from the first main surface 3 toward the second main surface 4. In this case, the rough surface regions 20A-20D may each include two first regions 87, one second region 88, and two connection regions 89.
また、粗面領域20A~20Dは、第2主面4から第1主面3に向けて凸湾曲状に延びる帯状にそれぞれ形成されていてもよい。この場合、粗面領域20A~20Dは、1つの第1領域87、2つの第2領域88および2つの接続領域89をそれぞれ含んでいてもよい。
The rough surface regions 20A-20D may each be formed in a band shape extending in a convex curve from the second main surface 4 toward the first main surface 3. In this case, the rough surface regions 20A-20D may each include one first region 87, two second regions 88, and two connection regions 89.
第6形態例に係る粗面領域20A~20Dは、改質ライン70(粗面領域20A~20D)の形成工程において、レーザ光の集光部(焦点)等を調節することによって形成される(図10Kも併せて参照)。
The rough surface areas 20A-20D in the sixth embodiment are formed by adjusting the focus of the laser light during the process of forming the modified lines 70 (rough surface areas 20A-20D) (see also FIG. 10K).
以上、第6形態例に係る粗面領域20A~20Dおよび滑面領域21A~21Dが形成される場合であっても、第1形態例および第2形態例に係る粗面領域20A~20Dおよび滑面領域21A~21Dが形成された場合と同様の効果を奏することができる。
As described above, even when the rough surface areas 20A-20D and smooth surface areas 21A-21D of the sixth embodiment are formed, the same effects can be achieved as when the rough surface areas 20A-20D and smooth surface areas 21A-21D of the first and second embodiments are formed.
特に、第6形態例に係る粗面領域20A~20Dのベースとなる改質ライン70によれば、SiC半導体ウエハ構造61(SiC半導体ウエハ41)の厚さ方向の異なる領域において劈開起点を形成できる。これにより、1層からなる改質ライン70(粗面領域20A~20D)を形成する場合であっても、SiC半導体ウエハ構造61を適切に劈開できる。
In particular, according to the modification line 70 that is the base of the rough surface regions 20A-20D in the sixth embodiment, cleavage starting points can be formed in different regions in the thickness direction of the SiC semiconductor wafer structure 61 (SiC semiconductor wafer 41). This allows the SiC semiconductor wafer structure 61 to be properly cleaved even when the modification line 70 (rough surface regions 20A-20D) consisting of a single layer is formed.
図13Fは、図3に示すSiC半導体装置1を示す斜視図であって、粗面領域20A~20Dおよび滑面領域21A~21Dの第7形態例を示す斜視図である。以下では、SiC半導体装置1に対して述べた構造に対応する構造については同一の参照符号を付して説明を省略する。
Figure 13F is a perspective view showing the SiC semiconductor device 1 shown in Figure 3, and is a perspective view showing a seventh embodiment of the rough surface regions 20A-20D and the smooth surface regions 21A-21D. In the following, structures corresponding to those described for the SiC semiconductor device 1 are given the same reference numerals and will not be described.
第1形態例に係る粗面領域20A~20Dは、SiC半導体層2の側面5A~5Dに等しい形状で形成されている。これに対して、第7形態例に係る粗面領域20A~20Dは、SiC半導体層2の側面5A~5Dにおいて異なる専有割合RA,RB,RC,RDで形成されている。専有割合RA~RDは、粗面領域20A~20Dが側面5A~5Dに占める割合である。
The rough surface regions 20A-20D in the first embodiment are formed in a shape equal to the side surfaces 5A-5D of the SiC semiconductor layer 2. In contrast, the rough surface regions 20A-20D in the seventh embodiment are formed with different exclusive ratios RA, RB, RC, RD on the side surfaces 5A-5D of the SiC semiconductor layer 2. The exclusive ratios RA-RD are the ratios that the rough surface regions 20A-20D occupy of the side surfaces 5A-5D.
また、この形態では、粗面領域20A~20Dは、SiC半導体層2の第2主面4から第1主面3に間隔を空けて形成されている。粗面領域20A~20Dは、側面5A~5DからSiC半導体層2の第2主面4の表層部を露出させている。
In addition, in this embodiment, the rough surface regions 20A-20D are formed at intervals from the second main surface 4 to the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2. The rough surface regions 20A-20D expose the surface portion of the second main surface 4 of the SiC semiconductor layer 2 from the side surfaces 5A-5D.
また、この形態では、2層の改質ライン22A,22Cを含む粗面領域20A,20Cが形成され、1層の改質ライン22B,22Dを含む粗面領域20B,20Dが形成されている。改質ライン22A~22Dは、側面5A~5DにおいてSiC半導体層2の厚さ方向途中部に1対1対応の関係で1つずつ形成されていてもよい。
In addition, in this embodiment, rough surface regions 20A, 20C including two layers of modification lines 22A, 22C are formed, and rough surface regions 20B, 20D including one layer of modification lines 22B, 22D are formed. The modification lines 22A to 22D may be formed one by one in a one-to-one correspondence in the middle of the thickness direction of the SiC semiconductor layer 2 on the side surfaces 5A to 5D.
専有割合RA~RDは、より具体的には、SiC単結晶の結晶面に応じて異なっている。SiC単結晶のm面に形成された粗面領域20B,20Dの専有割合RB,RDは、SiC単結晶のa面に形成された粗面領域20A,20Cの専有割合RA,RC以下(RB,RD≦RA,RC)である。専有割合RB,RDは、より具体的には、専有割合RA,RC未満(RB,RD<RA,RC)である。
More specifically, the exclusive ratios RA to RD differ depending on the crystal plane of the SiC single crystal. The exclusive ratios RB and RD of the rough surface regions 20B and 20D formed on the m-plane of the SiC single crystal are equal to or less than the exclusive ratios RA and RC of the rough surface regions 20A and 20C formed on the a-plane of the SiC single crystal (RB, RD≦RA, RC). More specifically, the exclusive ratios RB and RD are less than the exclusive ratios RA and RC (RB, RD<RA, RC).
粗面領域20A,20Cの専有割合RA,RCは、互いに等しくてもよいし、互いに異なっていてもよい。粗面領域20B,20Dの専有割合RB,RDは、互いに等しくてもよいし、互いに異なっていてもよい。
The exclusive ratios RA and RC of the rough surface areas 20A and 20C may be equal to each other or different from each other. The exclusive ratios RB and RD of the rough surface areas 20B and 20D may be equal to each other or different from each other.
側面5B,5Dに対する粗面領域20B,20Dの表面積は、この形態では、それぞれ側面5A,5Cに対する粗面領域20A,20Cの表面積未満である。粗面領域20B,20Dの厚さTRは、この形態では、それぞれ粗面領域20A,20Cの厚さTR未満である。
In this embodiment, the surface areas of the roughened regions 20B and 20D on the sides 5B and 5D are less than the surface areas of the roughened regions 20A and 20C on the sides 5A and 5C, respectively. In this embodiment, the thickness TR of the roughened regions 20B and 20D is less than the thickness TR of the roughened regions 20A and 20C, respectively.
滑面領域21A~21Dは、この形態では、側面5A~5Dにおいて第1主面3側の領域に加えて第2主面4側の領域にも形成されている。第2主面4側の滑面領域21A~21Dは、第2主面4からSiC半導体層2の厚さ方向途中部まで形成されている。第2主面4側の滑面領域21A~21Dは、SiC半導体基板6に形成されている。
In this embodiment, the smooth surface regions 21A-21D are formed on the side surfaces 5A-5D in the region on the first main surface 3 side as well as the region on the second main surface 4 side. The smooth surface regions 21A-21D on the second main surface 4 side are formed from the second main surface 4 to the middle of the thickness direction of the SiC semiconductor layer 2. The smooth surface regions 21A-21D on the second main surface 4 side are formed on the SiC semiconductor substrate 6.
第7形態例に係る粗面領域20A~20Dは、改質ライン70(粗面領域20A~20D)の形成工程において、レーザ光の集光部(焦点)等を調節することによって形成される(図10Kも併せて参照)。
The rough surface areas 20A-20D in the seventh embodiment are formed by adjusting the focus of the laser light during the process of forming the modified line 70 (rough surface areas 20A-20D) (see also FIG. 10K).
以上、第7形態例に係る粗面領域20A~20Dおよび滑面領域21A~21Dが形成される場合であっても、第1形態例および第2形態例に係る粗面領域20A~20Dおよび滑面領域21A~21Dが形成された場合と同様の効果を奏することができる。
As described above, even when the rough surface areas 20A-20D and smooth surface areas 21A-21D of the seventh embodiment are formed, the same effects can be achieved as when the rough surface areas 20A-20D and smooth surface areas 21A-21D of the first and second embodiments are formed.
特に、第7形態例に係る粗面領域20A~20Dは、SiC半導体層2の側面5A~5Dにおいて異なる専有割合RA~RDでそれぞれ形成されている。粗面領域20A~20Dは、より具体的には、SiC単結晶の結晶面に応じて異なる専有割合RA~RDを有している。
In particular, the rough surface regions 20A-20D according to the seventh embodiment are formed with different exclusive ratios RA-RD on the side surfaces 5A-5D of the SiC semiconductor layer 2. More specifically, the rough surface regions 20A-20D have different exclusive ratios RA-RD depending on the crystal plane of the SiC single crystal.
SiC単結晶のm面に形成された粗面領域20B,20Dの専有割合RB,RDは、SiC単結晶のa面に形成された粗面領域20A,20Cの専有割合RA,RC以下(RB,RD≦RA,RC)である。
The ratios RB, RD of the rough surface regions 20B, 20D formed on the m-face of the SiC single crystal are equal to or less than the ratios RA, RC of the rough surface regions 20A, 20C formed on the a-face of the SiC single crystal (RB, RD ≦ RA, RC).
SiC単結晶は、c面(シリコン面)をc軸から見た平面視において最近接原子方向(図1および図2も併せて参照)に沿って割れ易く、最近接原子方向の交差方向に沿って割れ難いという物性を有している。最近接原子方向は、a軸方向およびその等価方向である。最近接原子方向の交差方向は、m軸方向およびその等価方向である。
SiC single crystals have the physical property that, in a planar view of the c-plane (silicon plane) seen from the c-axis, they tend to crack along the nearest atomic direction (see also Figures 1 and 2), but are difficult to crack along directions that intersect with the nearest atomic direction. The nearest atomic direction is the a-axis direction and its equivalent direction. The intersecting directions with the nearest atomic direction are the m-axis direction and its equivalent direction.
したがって、改質ライン70(粗面領域20A~20D)の形成工程では、SiC単結晶の最近接原子方向に沿う結晶面に対しては、比較的割れ易い性質を有しているから、比較的大きい専有割合を有する改質ライン70(粗面領域20A~20D)を形成しなくてもSiC単結晶を適切に切断(劈開)できる(図10Lも併せて参照)。最近接原子方向に沿う結晶面は、m面およびその等価面である。
Therefore, in the process of forming the modified lines 70 (rough surface regions 20A-20D), the crystal planes along the nearest neighbor atomic direction of the SiC single crystal have a relatively easy tendency to crack, so the SiC single crystal can be appropriately cut (cleaved) without forming modified lines 70 (rough surface regions 20A-20D) with a relatively large proportion of the surface area (see also FIG. 10L). The crystal planes along the nearest neighbor atomic direction are the m-planes and their equivalent planes.
つまり、改質ライン70(粗面領域20A~20D)の形成工程において、a軸方向に延びる第2切断予定ライン55に沿う改質ライン70(粗面領域20A~20D)の専有割合を、m軸方向に延びる第1切断予定ライン54に沿う改質ライン70(粗面領域20A~20D)の専有割合よりも小さくできる。
In other words, in the process of forming the modified lines 70 (rough surface regions 20A-20D), the proportion of the modified lines 70 (rough surface regions 20A-20D) along the second planned cutting lines 55 extending in the a-axis direction can be made smaller than the proportion of the modified lines 70 (rough surface regions 20A-20D) along the first planned cutting lines 54 extending in the m-axis direction.
その一方で、SiC単結晶の最近接原子方向の交差方向に沿う結晶面には、比較的大きい専有割合を有する改質ライン70が形成されている。これにより、SiC半導体ウエハ構造61の不適切な切断(劈開)を抑制できるから、SiC単結晶の物性に起因したクラックの発生を適切に抑制できる。最近接原子方向の交差方向に沿う結晶面は、a面およびその等価面である。
On the other hand, a modification line 70 having a relatively large proportion of monopoly is formed on the crystal plane along the intersecting direction of the nearest neighbor atomic direction of the SiC single crystal. This makes it possible to suppress inappropriate cutting (cleavage) of the SiC semiconductor wafer structure 61, and therefore to appropriately suppress the occurrence of cracks due to the physical properties of the SiC single crystal. The crystal plane along the intersecting direction of the nearest neighbor atomic direction is the a-plane and its equivalent plane.
このように、第7形態例に係る粗面領域20A~20Dおよび滑面領域21A~21Dによれば、SiC単結晶の物性を利用して側面5A~5Dに対する粗面領域20A~20Dの専有割合RA~RDを調整し、低減させることができる。
In this way, the rough surface regions 20A-20D and smooth surface regions 21A-21D of the seventh embodiment make it possible to adjust and reduce the ratio RA-RD of the rough surface regions 20A-20D to the side surfaces 5A-5D by utilizing the physical properties of the SiC single crystal.
換言すると、SiC単結晶の物性を利用して側面5A~5Dに対する滑面領域21A~21Dの専有割合を増加させることができる。その結果、導電接合材80の濡れ拡がりに起因する短絡を適切に抑制できる。また、改質ライン70の形成工程の時短を図ることもできる。
In other words, the physical properties of the SiC single crystal can be used to increase the proportion of the smooth surface regions 21A-21D relative to the side surfaces 5A-5D. As a result, short circuits caused by the wetting and spreading of the conductive bonding material 80 can be appropriately suppressed. In addition, the time required for the process of forming the modified line 70 can be shortened.
専有割合RA~RDは、側面5A~5Dに対する粗面領域20A~20Dの表面積によって調整されてもよい。専有割合RA~RDは、粗面領域20A~20Dの厚さTRによって調整されてもよい。専有割合RA~RDは、粗面領域20A~20Dに含まれる改質ライン22A~22Dの個数によって調整されてもよい。
The exclusive ratios RA-RD may be adjusted by the surface area of the roughened regions 20A-20D relative to the sides 5A-5D. The exclusive ratios RA-RD may be adjusted by the thickness TR of the roughened regions 20A-20D. The exclusive ratios RA-RD may be adjusted by the number of modified lines 22A-22D included in the roughened regions 20A-20D.
図13Gは、図3に示すSiC半導体装置1を示す斜視図であって、粗面領域20A~20Dおよび滑面領域21A~21Dの第8形態例を示す斜視図である。以下では、SiC半導体装置1に対して述べた構造に対応する構造については同一の参照符号を付して説明を省略する。
Figure 13G is a perspective view of the SiC semiconductor device 1 shown in Figure 3, showing an eighth embodiment of the rough surface regions 20A-20D and the smooth surface regions 21A-21D. In the following, structures corresponding to those described for the SiC semiconductor device 1 are given the same reference numerals and will not be described.
第1形態例では、粗面領域20A~20Dが側面5A~5DにおいてSiC半導体層2の第2主面4側の領域に形成され、滑面領域21A~21Dが側面5A~5DにおいてSiC半導体層2の第1主面3側の領域に形成されている。
In the first embodiment, the rough surface regions 20A-20D are formed on the side surfaces 5A-5D in the regions on the second main surface 4 side of the SiC semiconductor layer 2, and the smooth surface regions 21A-21D are formed on the side surfaces 5A-5D in the regions on the first main surface 3 side of the SiC semiconductor layer 2.
これに対して、第8形態例では、粗面領域20A~20Dが側面5A~5DにおいてSiC半導体層2の第1主面3側の領域に形成され、滑面領域21A~21Dが側面5A~5DにおいてSiC半導体層2の第2主面4側の領域に形成されている。この形態では、2層の改質ライン22A~22Dを含む粗面領域20A~20Dが形成されている。
In contrast, in the eighth embodiment, the rough surface regions 20A-20D are formed in the regions on the side surfaces 5A-5D facing the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2, and the smooth surface regions 21A-21D are formed in the regions on the side surfaces 5A-5D facing the second main surface 4 of the SiC semiconductor layer 2. In this embodiment, the rough surface regions 20A-20D including two layers of modification lines 22A-22D are formed.
粗面領域20A~20Dは、より具体的には、側面5A~5DにおいてSiC半導体層2の第2主面4から第1主面3に間隔を空けて形成されている。粗面領域20A~20Dは、側面5A~5DからSiC半導体層2の第2主面4の表層部を露出させている。
More specifically, the rough surface regions 20A-20D are formed at intervals from the second main surface 4 to the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2 on the side surfaces 5A-5D. The rough surface regions 20A-20D expose the surface portion of the second main surface 4 of the SiC semiconductor layer 2 from the side surfaces 5A-5D.
粗面領域20A~20Dは、この形態では、SiCエピタキシャル層7に形成されている。粗面領域20A~20Dは、より具体的には、SiC半導体基板6およびSiCエピタキシャル層7の間の境界を横切って、SiCエピタキシャル層7およびSiC半導体基板6の双方に形成されている。
In this embodiment, the rough surface regions 20A-20D are formed in the SiC epitaxial layer 7. More specifically, the rough surface regions 20A-20D are formed in both the SiC epitaxial layer 7 and the SiC semiconductor substrate 6 across the boundary between the SiC semiconductor substrate 6 and the SiC epitaxial layer 7.
滑面領域21A~21Dは、第2主面4からSiC半導体層2の厚さ方向途中部まで形成されている。側面5A~5Dの第2主面4側の領域において、滑面領域21A~21Dは、SiC半導体基板6に形成されている。
The smooth surface regions 21A-21D are formed from the second main surface 4 to the middle of the thickness direction of the SiC semiconductor layer 2. In the region of the side surfaces 5A-5D on the second main surface 4 side, the smooth surface regions 21A-21D are formed on the SiC semiconductor substrate 6.
この形態では、SiC半導体層2の第1主面3が実装面として形成され、SiC半導体層2の第2主面4が非実装面として形成されている。つまり、SiC半導体層2は、第1主面3を対向させた姿勢で接続対象物にフェイスダウン実装される。
In this embodiment, the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2 is formed as a mounting surface, and the second main surface 4 of the SiC semiconductor layer 2 is formed as a non-mounting surface. In other words, the SiC semiconductor layer 2 is mounted face-down on the connection target with the first main surface 3 facing the connection target.
第8形態例に係る粗面領域20A~20Dは、改質ライン70(粗面領域20A~20D)の形成工程において、レーザ光の集光部(焦点)等を調節することによって形成される(図10Kも併せて参照)。
The rough surface areas 20A-20D in the eighth embodiment are formed by adjusting the focus of the laser light during the process of forming the modified line 70 (rough surface areas 20A-20D) (see also FIG. 10K).
以上、第8形態例に係る粗面領域20A~20Dおよび滑面領域21A~21Dが形成される場合、導電接合材80が第1主面3側から第2主面4側に向って濡れ拡がることを抑制できる。よって、第1形態例に係る粗面領域20A~20Dおよび滑面領域21A~21Dが形成された場合と同様の効果を奏することができる。
As described above, when the rough surface areas 20A-20D and smooth surface areas 21A-21D according to the eighth embodiment are formed, the conductive bonding material 80 can be prevented from spreading from the first main surface 3 side toward the second main surface 4 side. Therefore, the same effect can be achieved as when the rough surface areas 20A-20D and smooth surface areas 21A-21D according to the first embodiment are formed.
第1形態例、第2形態例、第3形態例、第4形態例、第5形態例、第6形態例、第7形態例および第8形態例(以下、単に「第1~第8形態例」という。)に係る粗面領域20A~20D(滑面領域21A~21D)のうちの少なくとも2種を同時に含むSiC半導体装置1が形成されてもよい。
A SiC semiconductor device 1 may be formed that simultaneously includes at least two of the rough surface regions 20A-20D (smooth surface regions 21A-21D) according to the first, second, third, fourth, fifth, sixth, seventh and eighth embodiments (hereinafter simply referred to as "first to eighth embodiments").
また、第1~第8形態例に係る粗面領域20A~20D(滑面領域21A~21D)の特徴は、それらの間で任意の態様および任意の形態で組み合わされることができる。つまり、第1~第8形態例に係る粗面領域20A~20D(滑面領域21A~21D)の特徴のうちの少なくとも2つの特徴が組み合わされた形態を有する粗面領域20A~20D(滑面領域21A~21D)が採用されてもよい。
Furthermore, the features of the rough surface regions 20A-20D (smooth surface regions 21A-21D) according to the first to eighth embodiment examples can be combined in any manner and in any form. In other words, rough surface regions 20A-20D (smooth surface regions 21A-21D) having a form in which at least two of the features of the rough surface regions 20A-20D (smooth surface regions 21A-21D) according to the first to eighth embodiment examples are combined may be employed.
第2~第7形態例では、滑面領域21A~21Dが側面5A~5Dにおいて第2主面4側の領域に形成されている。したがって、第2~第7形態例に示されたSiC半導体装置1は、第8形態例のように、SiC半導体層2が第1主面3を対向させた姿勢で接続対象物にフェイスダウン実装されてもよい。つまり、第2~第7形態例においてSiC半導体層2の第1主面3が実装面とされ、第2主面4が非実装面とされてもよい。
In the second to seventh embodiments, the smooth surface regions 21A to 21D are formed in the regions on the second main surface 4 side of the side surfaces 5A to 5D. Therefore, the SiC semiconductor device 1 shown in the second to seventh embodiments may be mounted face-down on a connection target with the SiC semiconductor layer 2 facing the first main surface 3, as in the eighth embodiment. In other words, in the second to seventh embodiments, the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2 may be the mounting surface, and the second main surface 4 may be the non-mounting surface.
また、第4形態例に係る粗面領域20A~20D(滑面領域21A~21D)の特徴が第6形態例に係る粗面領域20A~20D(滑面領域21A~21D)の特徴に組み合わせられてもよい。この場合、SiC半導体層2の第1主面3から第2主面4に向けて下り傾斜し、SiC半導体層2の第1主面3および第2主面4に向けて蛇行した曲線状(湾曲状)に延びる帯状の粗面領域20A~20Dが形成される。
The characteristics of the rough surface regions 20A-20D (smooth surface regions 21A-21D) according to the fourth embodiment may be combined with the characteristics of the rough surface regions 20A-20D (smooth surface regions 21A-21D) according to the sixth embodiment. In this case, band-shaped rough surface regions 20A-20D are formed that slope downward from the first main surface 3 to the second main surface 4 of the SiC semiconductor layer 2 and extend in a meandering curved shape (curved shape) toward the first main surface 3 and the second main surface 4 of the SiC semiconductor layer 2.
図14は、本発明の第2実施形態に係るSiC半導体装置91を示す斜視図であって、第1形態例に係る粗面領域20A~20Dおよび滑面領域21A~21Dが適用された構造を示す斜視図である。以下では、SiC半導体装置1に対して述べた構造に対応する構造については同一の参照符号を付して説明を省略する。
Figure 14 is a perspective view showing a SiC semiconductor device 91 according to a second embodiment of the present invention, and shows a structure to which the rough surface regions 20A-20D and smooth surface regions 21A-21D according to the first embodiment are applied. In the following, structures corresponding to those described for the SiC semiconductor device 1 are given the same reference numerals and will not be described.
この形態では、第1形態例に係る粗面領域20A~20Dおよび滑面領域21A~21Dが適用されている。しかし、第1形態例に係る粗面領域20A~20Dに代えてまたはこれに加えて第2形態例、第3形態例、第4形態例、第5形態例、第6形態例、第7形態例または第8形態例に係る粗面領域20A~20Dおよび滑面領域21A~21Dが採用されてもよい。
In this embodiment, the rough surface areas 20A-20D and smooth surface areas 21A-21D of the first embodiment are applied. However, the rough surface areas 20A-20D and smooth surface areas 21A-21D of the second, third, fourth, fifth, sixth, seventh, or eighth embodiment may be used instead of or in addition to the rough surface areas 20A-20D of the first embodiment.
また、第1~第8形態例に係る粗面領域20A~20D(滑面領域21A~21D)の特徴のうちの少なくとも2つの特徴が組み合わされた形態を有する粗面領域20A~20D(滑面領域21A~21D)が採用されてもよい。
In addition, rough surface areas 20A-20D (smooth surface areas 21A-21D) having a configuration that combines at least two of the features of the rough surface areas 20A-20D (smooth surface areas 21A-21D) according to the first to eighth embodiment examples may be employed.
図14を参照して、この形態では、主面絶縁層10の絶縁側面11A~11Dが、平面視においてSiC半導体層2の側面5A~5Dから内方領域に間隔を空けて形成されている。主面絶縁層10は、平面視においてSiC半導体層2の第1主面3の周縁部を露出させている。
Referring to FIG. 14, in this embodiment, the insulating side surfaces 11A-11D of the main surface insulating layer 10 are formed at intervals inward from the side surfaces 5A-5D of the SiC semiconductor layer 2 in a plan view. The main surface insulating layer 10 exposes the peripheral portion of the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2 in a plan view.
主面絶縁層10は、樹脂層16およびパッシベーション層13と共にSiC半導体層2の第1主面3の周縁部を露出させている。主面絶縁層10の絶縁側面11A~11Dは、この形態では、樹脂層16の樹脂側面17A~17Dおよびパッシベーション層13の側面14A~14Dに面一に形成されている。この形態では、主面絶縁層10の絶縁側面11A~11Dもダイシングストリートを区画していた部分となる。
The main surface insulating layer 10, together with the resin layer 16 and the passivation layer 13, exposes the peripheral portion of the first main surface 3 of the SiC semiconductor layer 2. In this embodiment, the insulating side surfaces 11A-11D of the main surface insulating layer 10 are formed flush with the resin side surfaces 17A-17D of the resin layer 16 and the side surfaces 14A-14D of the passivation layer 13. In this embodiment, the insulating side surfaces 11A-11D of the main surface insulating layer 10 also form part of the dicing street.
この主面絶縁層10は、前述の図10Iの工程において、パッシベーション層13の除去工程の後、主面絶縁層10をエッチング法によって除去する工程を実施することによって形成される。
This main surface insulating layer 10 is formed by performing a process of removing the main surface insulating layer 10 by an etching method after the process of removing the passivation layer 13 in the process shown in FIG. 10I described above.
この場合、前述の図10Kの工程において、SiC半導体ウエハ構造61の第1主面62側から主面絶縁層10を介さずにSiC半導体ウエハ構造61の内部にレーザ光が直接照射されてもよい。
In this case, in the process of FIG. 10K described above, laser light may be directly irradiated from the first main surface 62 side of the SiC semiconductor wafer structure 61 to the inside of the SiC semiconductor wafer structure 61 without passing through the main surface insulating layer 10.
以上、SiC半導体装置91によっても、SiC半導体装置1に対して述べた効果と同様の効果を奏することできる。ただし、SiC半導体層2の側面5A~5Dおよび第1主面電極層12の間の絶縁性を高める上では、第1実施形態に係るSiC半導体装置1の構造が好ましい。
As described above, the SiC semiconductor device 91 can achieve the same effects as those described for the SiC semiconductor device 1. However, in terms of improving the insulation between the side surfaces 5A-5D of the SiC semiconductor layer 2 and the first principal surface electrode layer 12, the structure of the SiC semiconductor device 1 according to the first embodiment is preferable.
図15は、本発明の第3実施形態に係るSiC半導体装置101を1つの角度から見た斜視図であって、第1形態例に係る粗面領域20A~20Dおよび滑面領域21A~21Dが適用された構造を示す斜視図である。図16は、図15に示すSiC半導体装置101を別の角度から見た斜視図である。図17は、図15に示すSiC半導体装置101を示す平面図である。図18は、図17から樹脂層129を取り除いた平面図である。
Figure 15 is a perspective view of the SiC semiconductor device 101 according to the third embodiment of the present invention, seen from one angle, showing a structure to which the rough surface regions 20A-20D and smooth surface regions 21A-21D according to the first embodiment are applied. Figure 16 is a perspective view of the SiC semiconductor device 101 shown in Figure 15, seen from another angle. Figure 17 is a plan view showing the SiC semiconductor device 101 shown in Figure 15. Figure 18 is a plan view of Figure 17 with the resin layer 129 removed.
この形態では、第1形態例に係る粗面領域20A~20Dおよび滑面領域21A~21Dが適用されている。つまり、SiC半導体装置101の製造工程では、前述の図10A~図10Mの工程と同様の工程が適用されている。
In this embodiment, the rough surface regions 20A-20D and smooth surface regions 21A-21D of the first embodiment are used. In other words, the manufacturing process of the SiC semiconductor device 101 uses the same processes as those shown in Figures 10A-10M described above.
SiC半導体装置101において、第1形態例に係る粗面領域20A~20Dに代えてまたはこれに加えて第2形態例、第3形態例、第4形態例、第5形態例、第6形態例、第7形態例または第8形態例に係る粗面領域20A~20Dおよび滑面領域21A~21Dが採用されてもよい。
In the SiC semiconductor device 101, the rough surface regions 20A-20D and the smooth surface regions 21A-21D of the second, third, fourth, fifth, sixth, seventh or eighth embodiment examples may be used in place of or in addition to the rough surface regions 20A-20D of the first embodiment example.
また、第1~第8形態例に係る粗面領域20A~20D(滑面領域21A~21D)の特徴のうちの少なくとも2つの特徴が組み合わされた形態を有する粗面領域20A~20D(滑面領域21A~21D)が採用されてもよい。
In addition, rough surface areas 20A-20D (smooth surface areas 21A-21D) having a configuration that combines at least two of the features of the rough surface areas 20A-20D (smooth surface areas 21A-21D) according to the first to eighth embodiment examples may be employed.
図15~図18を参照して、SiC半導体装置101は、SiC半導体層102を含む。SiC半導体層102は、六方晶からなるSiC単結晶の一例としての4H-SiC単結晶を含む。SiC半導体層102は、直方体形状のチップ状に形成されている。
Referring to Figures 15 to 18, the SiC semiconductor device 101 includes a SiC semiconductor layer 102. The SiC semiconductor layer 102 includes a 4H-SiC single crystal, which is an example of a SiC single crystal made of a hexagonal crystal. The SiC semiconductor layer 102 is formed in the shape of a rectangular parallelepiped chip.
SiC半導体層102は、一方側の第1主面103、他方側の第2主面104、ならびに、第1主面103および第2主面104を接続する側面105A,105B,105C,105Dを有している。第1主面103および第2主面104は、それらの法線方向Zから見た平面視(以下、単に「平面視」という。)において四角形状(この形態では長方形状)に形成されている。
The SiC semiconductor layer 102 has a first main surface 103 on one side, a second main surface 104 on the other side, and side surfaces 105A, 105B, 105C, and 105D connecting the first main surface 103 and the second main surface 104. The first main surface 103 and the second main surface 104 are formed in a quadrangular shape (rectangular in this embodiment) in a plan view (hereinafter simply referred to as "plan view") seen from their normal direction Z.
第1主面103は、半導体素子が形成された素子形成面である。SiC半導体層102の第2主面104は、研削痕を有する研削面からなる。側面105A~105Dは、それぞれSiC単結晶の結晶面に面する劈開面からなる。側面105A~105Dは、研削痕を有していない。
The first main surface 103 is an element formation surface on which a semiconductor element is formed. The second main surface 104 of the SiC semiconductor layer 102 is a ground surface having grinding marks. The side surfaces 105A to 105D are each a cleavage surface facing a crystal plane of a SiC single crystal. The side surfaces 105A to 105D do not have grinding marks.
SiC半導体層102の厚さTLは、40μm以上200μm以下であってもよい。厚さTLは、40μm以上60μm以下、60μm以上80μm以下、80μm以上100μm以下、100μm以上120μm以下、120μm以上140μm以下、140μm以上160μm以下、160μm以上180μm以下または180μm以上200μm以下であってもよい。厚さTLは、60μm以上150μm以下であることが好ましい。
The thickness TL of the SiC semiconductor layer 102 may be 40 μm or more and 200 μm or less. The thickness TL may be 40 μm or more and 60 μm or less, 60 μm or more and 80 μm or less, 80 μm or more and 100 μm or less, 100 μm or more and 120 μm or less, 120 μm or more and 140 μm or less, 140 μm or more and 160 μm or less, 160 μm or more and 180 μm or less, or 180 μm or more and 200 μm or less. The thickness TL is preferably 60 μm or more and 150 μm or less.
第1主面103および第2主面104は、この形態では、SiC単結晶のc面に面している。第1主面103は、(0001)面(シリコン面)に面している。第2主面104は、SiC単結晶の(000-1)面(カーボン面)に面している。
In this embodiment, the first main surface 103 and the second main surface 104 face the c-plane of the SiC single crystal. The first main surface 103 faces the (0001) plane (silicon plane). The second main surface 104 faces the (000-1) plane (carbon plane) of the SiC single crystal.
第1主面103および第2主面104は、SiC単結晶のc面に対して[11-20]方向に10°以下の角度で傾斜したオフ角θを有している。法線方向Zは、SiC単結晶のc軸([0001]方向)に対してオフ角θ分だけ傾斜している。
The first main surface 103 and the second main surface 104 have an off angle θ that is inclined at an angle of 10° or less in the [11-20] direction with respect to the c-plane of the SiC single crystal. The normal direction Z is inclined by the off angle θ with respect to the c-axis ([0001] direction) of the SiC single crystal.
オフ角θは、0°以上5.0°以下であってもよい。オフ角θは、0°以上1.0°以下、1.0°以上1.5°以下、1.5°以上2.0°以下、2.0°以上2.5°以下、2.5°以上3.0°以下、3.0°以上3.5°以下、3.5°以上4.0°以下、4.0°以上4.5°以下または4.5°以上5.0°以下の角度の範囲に設定されてもよい。オフ角θは、0°を超えていることが好ましい。オフ角θは、4.0°未満であってもよい。
The off angle θ may be 0° or more and 5.0° or less. The off angle θ may be set in the range of 0° or more and 1.0° or less, 1.0° or more and 1.5° or less, 1.5° or more and 2.0° or less, 2.0° or more and 2.5° or less, 2.5° or more and 3.0° or less, 3.0° or more and 3.5° or less, 3.5° or more and 4.0° or less, 4.0° or more and 4.5° or less, or 4.5° or more and 5.0° or less. It is preferable that the off angle θ is greater than 0°. The off angle θ may be less than 4.0°.
オフ角θは、3.0°以上4.5°以下の角度の範囲に設定されていてもよい。この場合、オフ角θは、3.0°以上3.5°以下または3.5°以上4.0°以下の角度の範囲に設定されていることが好ましい。
The off angle θ may be set in the range of 3.0° to 4.5°. In this case, it is preferable that the off angle θ is set in the range of 3.0° to 3.5° or 3.5° to 4.0°.
オフ角θは、1.5°以上3.0°以下の角度の範囲に設定されていてもよい。この場合、オフ角θは、1.5°以上2.0°以下または2.0°以上2.5°以下の角度の範囲に設定されていることが好ましい。
The off angle θ may be set in the range of 1.5° to 3.0°. In this case, it is preferable that the off angle θ is set in the range of 1.5° to 2.0° or 2.0° to 2.5°.
側面105A~105Dの長さは、それぞれ、1mm以上10mm以下(たとえば2mm以上5mm以下)であってもよい。側面105B,105Dの表面積は、この形態では、側面105A,105Cの表面積を超えている。第1主面103および第2主面104は、平面視において正方形状に形成されていてもよい。この場合、側面105A,105Cの表面積は、側面105B,105Dと等しくなる。
The length of each of the sides 105A to 105D may be 1 mm or more and 10 mm or less (e.g., 2 mm or more and 5 mm or less). In this embodiment, the surface area of the sides 105B and 105D exceeds the surface area of the sides 105A and 105C. The first main surface 103 and the second main surface 104 may be formed in a square shape in a plan view. In this case, the surface area of the sides 105A and 105C is equal to that of the sides 105B and 105D.
側面105Aおよび側面105Cは、この形態では、第1方向Xに沿って延び、第1方向Xに交差する第2方向Yに互いに対向している。側面105Bおよび側面105Dは、この形態では、第2方向Yに沿って延び、第1方向Xに互いに対向している。第2方向Yは、より具体的には第1方向Xに直交する方向である。
In this embodiment, side 105A and side 105C extend along a first direction X and face each other in a second direction Y that intersects with the first direction X. In this embodiment, side 105B and side 105D extend along the second direction Y and face each other in the first direction X. More specifically, the second direction Y is a direction perpendicular to the first direction X.
第1方向Xは、この形態では、SiC単結晶のm軸方向([1-100]方向)に設定されている。第2方向Yは、SiC単結晶のa軸方向([11-20]方向)に設定されている。
In this embodiment, the first direction X is set to the m-axis direction ([1-100] direction) of the SiC single crystal. The second direction Y is set to the a-axis direction ([11-20] direction) of the SiC single crystal.
側面105Aおよび側面105Cは、平面視においてSiC半導体層102の短辺を形成している。側面105Aおよび側面105Cは、SiC単結晶のa面によって形成され、a軸方向に互いに対向している。側面105Aは、SiC単結晶の(-1-120)面によって形成されている。側面105Cは、SiC単結晶の(11-20)面によって形成されている。
Side 105A and side 105C form the short sides of SiC semiconductor layer 102 in a plan view. Side 105A and side 105C are formed by the a-plane of the SiC single crystal and face each other in the a-axis direction. Side 105A is formed by the (-1-120) plane of the SiC single crystal. Side 105C is formed by the (11-20) plane of the SiC single crystal.
側面105Bおよび側面105Dは、平面視においてSiC半導体層102の長辺を形成している。側面105Bおよび側面105Dは、SiC単結晶のm面によって形成され、m軸方向に互いに対向している。側面105Bは、SiC単結晶の(-1100)面によって形成されている。側面105Dは、SiC単結晶の(1-100)面によって形成されている。
Side 105B and side 105D form the long sides of SiC semiconductor layer 102 in a plan view. Side 105B and side 105D are formed by the m-plane of the SiC single crystal and face each other in the m-axis direction. Side 105B is formed by the (-1100) plane of the SiC single crystal. Side 105D is formed by the (1-100) plane of the SiC single crystal.
側面105Aおよび側面105Cは、SiC半導体層102の第1主面103の法線を基準にしたとき、法線に対してSiC単結晶のc軸方向([0001]方向)に向けて傾斜した傾斜面を形成していてもよい。
When the normal to the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102 is used as a reference, the side surface 105A and the side surface 105C may form an inclined surface that is inclined toward the c-axis direction ([0001] direction) of the SiC single crystal with respect to the normal.
この場合、側面105Aおよび側面105Cは、SiC半導体層102の第1主面103の法線を0°としたとき、SiC半導体層102の第1主面103の法線に対してオフ角θに応じた角度で傾斜していてもよい。オフ角θに応じた角度は、オフ角θと等しくてもよいし、0°を超えてオフ角θ未満の角度であってもよい。
In this case, when the normal to the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102 is set to 0°, the side surface 105A and the side surface 105C may be inclined at an angle corresponding to the off angle θ with respect to the normal to the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102. The angle corresponding to the off angle θ may be equal to the off angle θ or may be an angle greater than 0° and less than the off angle θ.
SiC半導体層102は、この形態では、n+型のSiC半導体基板106およびn型のSiCエピタキシャル層107を含む積層構造を有している。SiC半導体基板106およびSiCエピタキシャル層107は、第1実施形態に係るSiC半導体基板6およびSiCエピタキシャル層7にそれぞれ対応している。SiC半導体基板106によって、SiC半導体層102の第2主面104が形成されている。
In this embodiment, the SiC semiconductor layer 102 has a laminated structure including an n + type SiC semiconductor substrate 106 and an n type SiC epitaxial layer 107. The SiC semiconductor substrate 106 and the SiC epitaxial layer 107 correspond to the SiC semiconductor substrate 6 and the SiC epitaxial layer 7, respectively, according to the first embodiment. The second main surface 104 of the SiC semiconductor layer 102 is formed by the SiC semiconductor substrate 106.
SiCエピタキシャル層107によって、SiC半導体層102の第1主面103が形成されている。SiC半導体基板106およびSiCエピタキシャル層107によって、SiC半導体層102の側面105A~105Dが形成されている。
The first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102 is formed by the SiC epitaxial layer 107. The side surfaces 105A to 105D of the SiC semiconductor layer 102 are formed by the SiC semiconductor substrate 106 and the SiC epitaxial layer 107.
SiC半導体基板106の厚さTSは、40μm以上150μm以下であってもよい。厚さTSは、40μm以上50μm以下、50μm以上60μm以下、60μm以上70μm以下、70μm以上80μm以下、80μm以上90μm以下、90μm以上100μm以下、100μm以上110μm以下、110μm以上120μm以下、120μm以上130μm以下、130μm以上140μm以下または140μm以上150μm以下であってもよい。厚さTSは、40μm以上130μm以下であることが好ましい。SiC半導体基板106の薄化によって、電流経路の短縮による抵抗値の低減を図ることができる。
The thickness TS of the SiC semiconductor substrate 106 may be 40 μm or more and 150 μm or less. The thickness TS may be 40 μm or more and 50 μm or less, 50 μm or more and 60 μm or less, 60 μm or more and 70 μm or less, 70 μm or more and 80 μm or less, 80 μm or more and 90 μm or less, 90 μm or more and 100 μm or less, 100 μm or more and 110 μm or less, 110 μm or more and 120 μm or less, 120 μm or more and 130 μm or less, 130 μm or more and 140 μm or less, or 140 μm or more and 150 μm or less. The thickness TS is preferably 40 μm or more and 130 μm or less. By thinning the SiC semiconductor substrate 106, the resistance value can be reduced by shortening the current path.
SiCエピタキシャル層107の厚さTEは、1μm以上50μm以下であってもよい。厚さTEは、1μm以上5μm以下、5μm以上10μm以下、10μm以上15μm以下、15μm以上20μm以下、20μm以上25μm以下、25μm以上30μm以下、30μm以上35μm以下、35μm以上40μm以下、40μm以上45μm以下または45μm以上50μm以下であってもよい。厚さTEは、5μm以上15μm以下であることが好ましい。
The thickness TE of the SiC epitaxial layer 107 may be 1 μm or more and 50 μm or less. The thickness TE may be 1 μm or more and 5 μm or less, 5 μm or more and 10 μm or less, 10 μm or more and 15 μm or less, 15 μm or more and 20 μm or less, 20 μm or more and 25 μm or less, 25 μm or more and 30 μm or less, 30 μm or more and 35 μm or less, 35 μm or more and 40 μm or less, 40 μm or more and 45 μm or less, or 45 μm or more and 50 μm or less. The thickness TE is preferably 5 μm or more and 15 μm or less.
SiCエピタキシャル層107のn型不純物濃度は、SiC半導体基板106のn型不純物濃度以下である。SiCエピタキシャル層107のn型不純物濃度は、より具体的には、SiC半導体基板106のn型不純物濃度未満である。SiC半導体基板106のn型不純物濃度は、1.0×1018cm-3以上1.0×1021cm-3以下であってもよい。SiCエピタキシャル層107のn型不純物濃度は、1.0×1015cm-3以上1.0×1018cm-3以下であってもよい。
The n-type impurity concentration of the SiC epitaxial layer 107 is equal to or lower than the n-type impurity concentration of the SiC semiconductor substrate 106. More specifically, the n-type impurity concentration of the SiC epitaxial layer 107 is lower than the n-type impurity concentration of the SiC semiconductor substrate 106. The n-type impurity concentration of the SiC semiconductor substrate 106 may be equal to or higher than 1.0×10 18 cm -3 and equal to or lower than 1.0×10 21 cm -3 . The n-type impurity concentration of the SiC epitaxial layer 107 may be equal to or higher than 1.0×10 15 cm -3 and equal to or lower than 1.0×10 18 cm -3 .
SiCエピタキシャル層107は、この形態では、法線方向Zに沿って異なるn型不純物濃度を有する複数の領域を有している。SiCエピタキシャル層107は、より具体的には、n型不純物濃度が比較的高い高濃度領域108、および、高濃度領域108に対してn型不純物濃度が低い低濃度領域109を含む。
In this embodiment, the SiC epitaxial layer 107 has a plurality of regions having different n-type impurity concentrations along the normal direction Z. More specifically, the SiC epitaxial layer 107 includes a high-concentration region 108 having a relatively high n-type impurity concentration, and a low-concentration region 109 having a low n-type impurity concentration relative to the high-concentration region 108.
高濃度領域108は、SiC半導体層102の第1主面103側の領域に形成されている。低濃度領域109は、高濃度領域108に対してSiC半導体層102の第2主面104側の領域に形成されている。
The high concentration region 108 is formed in a region on the first main surface 103 side of the SiC semiconductor layer 102. The low concentration region 109 is formed in a region on the second main surface 104 side of the SiC semiconductor layer 102 relative to the high concentration region 108.
高濃度領域108のn型不純物濃度は、1×1016cm-3以上1×1018cm-3以下であってもよい。低濃度領域109のn型不純物濃度は、1×1015cm-3以上1×1016cm-3以下であってもよい。
The n-type impurity concentration of the high concentration region 108 may be 1×10 16 cm −3 or more and 1×10 18 cm −3 or less. The n-type impurity concentration of the low concentration region 109 may be 1×10 15 cm −3 or more and 1×10 16 cm −3 or less.
高濃度領域108の厚さは、低濃度領域109の厚さ以下である。高濃度領域108の厚さは、より具体的には、低濃度領域109の厚さ未満である。高濃度領域108の厚さは、SiCエピタキシャル層107の総厚さの2分の1未満である。
The thickness of the high concentration region 108 is equal to or less than the thickness of the low concentration region 109. More specifically, the thickness of the high concentration region 108 is less than the thickness of the low concentration region 109. The thickness of the high concentration region 108 is less than half the total thickness of the SiC epitaxial layer 107.
SiC半導体層102には、アクティブ領域111および外側領域112が設定されている。アクティブ領域111は、半導体素子の一例としての縦型のMISFET(Metal Insulator Field Effect Transistor)が形成された領域である。外側領域112は、アクティブ領域111の外側の領域である。
The SiC semiconductor layer 102 has an active region 111 and an outer region 112. The active region 111 is a region in which a vertical MISFET (Metal Insulator Field Effect Transistor) as an example of a semiconductor element is formed. The outer region 112 is a region outside the active region 111.
アクティブ領域111は、平面視において、SiC半導体層102の側面105A~105Dから内方領域に間隔を空けてSiC半導体層102の中央部に設定されている。アクティブ領域111は、平面視においてSiC半導体層102の側面105A~105Dに平行な4辺を有する四角形状(この形態では長方形状)に設定されている。
The active region 111 is set in the center of the SiC semiconductor layer 102 with a gap inward from the side surfaces 105A-105D of the SiC semiconductor layer 102 in a plan view. The active region 111 is set in a quadrangular shape (rectangular in this embodiment) with four sides parallel to the side surfaces 105A-105D of the SiC semiconductor layer 102 in a plan view.
外側領域112は、SiC半導体層102の側面105A~105Dおよびアクティブ領域111の周縁の間の領域に設定されている。外側領域112は、平面視においてアクティブ領域111を取り囲む無端状(この形態では四角環状)に設定されている。
The outer region 112 is set in the region between the side surfaces 105A-105D of the SiC semiconductor layer 102 and the periphery of the active region 111. The outer region 112 is set in an endless shape (a square ring shape in this embodiment) surrounding the active region 111 in a plan view.
SiC半導体層102の第1主面103の上には、主面絶縁層113が形成されている。主面絶縁層113は、アクティブ領域111および外側領域112を選択的に被覆している。主面絶縁層113は、酸化シリコン(SiO2)を含んでいてもよい。
A main surface insulating layer 113 is formed on the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102. The main surface insulating layer 113 selectively covers the active region 111 and the outer region 112. The main surface insulating layer 113 may contain silicon oxide (SiO 2 ).
主面絶縁層113は、SiC半導体層102の側面105A~105Dから露出する絶縁側面114A,114B,114C,114Dを有している。絶縁側面114A~114Dは、側面105A~105Dに連なっている。絶縁側面114A~114Dは、側面105A~105Dに対してそれぞれ面一に形成されている。絶縁側面114A~114Dは、劈開面からなる。
The main surface insulating layer 113 has insulating side surfaces 114A, 114B, 114C, and 114D exposed from the side surfaces 105A to 105D of the SiC semiconductor layer 102. The insulating side surfaces 114A to 114D are continuous with the side surfaces 105A to 105D. The insulating side surfaces 114A to 114D are formed flush with the side surfaces 105A to 105D, respectively. The insulating side surfaces 114A to 114D are made of cleavage planes.
主面絶縁層113の厚さは、1μm以上50μm以下であってもよい。主面絶縁層113の厚さは、1μm以上10μm以下、10μm以上20μm以下、20μm以上30μm以下、30μm以上40μm以下または40μm以上50μm以下であってもよい。
The thickness of the main surface insulating layer 113 may be 1 μm or more and 50 μm or less. The thickness of the main surface insulating layer 113 may be 1 μm or more and 10 μm or less, 10 μm or more and 20 μm or less, 20 μm or more and 30 μm or less, 30 μm or more and 40 μm or less, or 40 μm or more and 50 μm or less.
主面絶縁層113の上には、第1主面電極層の1つとしての主面ゲート電極層115が形成されている。主面ゲート電極層115は、主面絶縁層113を貫通して、SiC半導体層102の任意の領域に電気的に接続されている。
A main surface gate electrode layer 115 is formed on the main surface insulating layer 113 as one of the first main surface electrode layers. The main surface gate electrode layer 115 penetrates the main surface insulating layer 113 and is electrically connected to any region of the SiC semiconductor layer 102.
主面ゲート電極層115は、ゲートパッド116およびゲートフィンガー117,118を含む。ゲートパッド116およびゲートフィンガー117,118は、アクティブ領域111に配置されている。
The main surface gate electrode layer 115 includes a gate pad 116 and gate fingers 117 and 118. The gate pad 116 and the gate fingers 117 and 118 are disposed in the active region 111.
ゲートパッド116は、平面視においてSiC半導体層102の側面105Aに沿って形成されている。ゲートパッド116は、平面視においてSiC半導体層102の側面105Aの中央領域に沿って形成されている。
The gate pad 116 is formed along the side surface 105A of the SiC semiconductor layer 102 in a planar view. The gate pad 116 is formed along the central region of the side surface 105A of the SiC semiconductor layer 102 in a planar view.
ゲートパッド116は、平面視においてSiC半導体層102の側面105A~105Dのうちの任意の2つを接続する角部に沿って形成されていてもよい。ゲートパッド116は、平面視において四角形状に形成されていてもよい。
The gate pad 116 may be formed along a corner that connects any two of the side surfaces 105A to 105D of the SiC semiconductor layer 102 in a plan view. The gate pad 116 may be formed in a rectangular shape in a plan view.
ゲートフィンガー117,118は、外側ゲートフィンガー117および内側ゲートフィンガー118を含む。外側ゲートフィンガー117は、ゲートパッド116から引き出されており、アクティブ領域111の周縁に沿って帯状に延びている。
The gate fingers 117, 118 include an outer gate finger 117 and an inner gate finger 118. The outer gate finger 117 is drawn out from the gate pad 116 and extends in a strip along the periphery of the active region 111.
外側ゲートフィンガー117は、この形態では、アクティブ領域111の内方領域を3方向から区画するように、SiC半導体層102の3つの側面105A,105B,105Dに沿って形成されている。
In this embodiment, the outer gate fingers 117 are formed along the three side surfaces 105A, 105B, and 105D of the SiC semiconductor layer 102 so as to partition the inner region of the active region 111 from three directions.
外側ゲートフィンガー117は、一対の開放端部119,120を有している。一対の開放端部119,120は、アクティブ領域111の内方領域を挟んでゲートパッド116と対向する領域に形成されている。一対の開放端部119,120は、この形態では、SiC半導体層102の側面105Cに沿って形成されている。
The outer gate finger 117 has a pair of open ends 119, 120. The pair of open ends 119, 120 are formed in a region facing the gate pad 116 across the inner region of the active region 111. In this embodiment, the pair of open ends 119, 120 are formed along the side surface 105C of the SiC semiconductor layer 102.
内側ゲートフィンガー118は、ゲートパッド116からアクティブ領域111の内方領域に引き出されている。内側ゲートフィンガー118は、アクティブ領域111の内方領域を帯状に延びている。内側ゲートフィンガー118は、ゲートパッド116から側面105Cに向けて延びている。
The inner gate finger 118 is extended from the gate pad 116 to the inner region of the active region 111. The inner gate finger 118 extends in a strip shape in the inner region of the active region 111. The inner gate finger 118 extends from the gate pad 116 toward the side surface 105C.
主面絶縁層113の上には、第1主面電極層の1つとしての主面ソース電極層121がさらに形成されている。主面ソース電極層121は、主面絶縁層113を貫通して、SiC半導体層102の任意の領域に電気的に接続されている。主面ソース電極層121は、この形態では、ソースパッド122、ソース引き回し配線123およびソース接続部124を含む。
A main surface source electrode layer 121 is further formed on the main surface insulating layer 113 as one of the first main surface electrode layers. The main surface source electrode layer 121 penetrates the main surface insulating layer 113 and is electrically connected to any region of the SiC semiconductor layer 102. In this embodiment, the main surface source electrode layer 121 includes a source pad 122, a source routing wiring 123, and a source connection portion 124.
ソースパッド122は、ゲートパッド116およびゲートフィンガー117,118から間隔を空けてアクティブ領域111に形成されている。ソースパッド122は、ゲートパッド116およびゲートフィンガー117,118によって区画されたC字形状(図17および図18では逆C字形状)の領域を被覆するように、平面視においてC字形状(図17および図18では逆C字形状)に形成されている。
The source pad 122 is formed in the active region 111 at a distance from the gate pad 116 and the gate fingers 117 and 118. The source pad 122 is formed in a C-shape (inverted C-shape in FIGS. 17 and 18) in plan view so as to cover the C-shaped (inverted C-shape in FIGS. 17 and 18) region defined by the gate pad 116 and the gate fingers 117 and 118.
ソース引き回し配線123は、外側領域112に形成されている。ソース引き回し配線123は、アクティブ領域111に沿って帯状に延びている。ソース引き回し配線123は、この形態では、平面視においてアクティブ領域111を取り囲む無端状(この形態では四角環状)に形成されている。ソース引き回し配線123は、外側領域112においてSiC半導体層102に電気的に接続されている。
The source routing wiring 123 is formed in the outer region 112. The source routing wiring 123 extends in a strip shape along the active region 111. In this embodiment, the source routing wiring 123 is formed in an endless shape (a square ring shape in this embodiment) surrounding the active region 111 in a plan view. The source routing wiring 123 is electrically connected to the SiC semiconductor layer 102 in the outer region 112.
ソース接続部124は、ソースパッド122およびソース引き回し配線123を接続している。ソース接続部124は、外側ゲートフィンガー117の一対の開放端部119,120の間の領域に設けられている。ソース接続部124は、ソースパッド122からアクティブ領域111および外側領域112の間の境界領域を横切り、ソース引き回し配線123に接続されている。
The source connection part 124 connects the source pad 122 and the source wiring 123. The source connection part 124 is provided in the region between the pair of open ends 119, 120 of the outer gate finger 117. The source connection part 124 crosses the boundary region between the active region 111 and the outer region 112 from the source pad 122 and is connected to the source wiring 123.
アクティブ領域111に形成されたMISFETは、その構造上、npn型の寄生バイポーラトランジスタを含む。外側領域112で生じたアバランシェ電流がアクティブ領域111に流れ込むと、寄生バイポーラトランジスタがオン状態となる。この場合、たとえばラッチアップにより、MISFETの制御が不安定になる可能性がある。
The MISFET formed in the active region 111 structurally includes an npn-type parasitic bipolar transistor. When an avalanche current generated in the outer region 112 flows into the active region 111, the parasitic bipolar transistor turns on. In this case, control of the MISFET may become unstable due to latch-up, for example.
そこで、SiC半導体装置101では、主面ソース電極層121の構造を利用して、外側領域112で生じたアバランシェ電流を吸収するアバランシェ電流吸収構造を形成している。
Therefore, in the SiC semiconductor device 101, the structure of the main surface source electrode layer 121 is used to form an avalanche current absorption structure that absorbs the avalanche current generated in the outer region 112.
より具体的には、外側領域112で生じたアバランシェ電流は、ソース引き回し配線123によって吸収され、ソース接続部124を介してソースパッド122に至る。ソースパッド122に外部接続用の導線(たとえばボンディングワイヤ)が接続されている場合には、アバランシェ電流は、この導線によって取り出される。
More specifically, the avalanche current generated in the outer region 112 is absorbed by the source routing wiring 123 and reaches the source pad 122 via the source connection part 124. If an external connection conductor (e.g., a bonding wire) is connected to the source pad 122, the avalanche current is extracted by this conductor.
これにより、外側領域112で生じた不所望な電流によって寄生バイポーラトランジスタがオン状態になるのを抑制できる。よって、ラッチアップを抑制できるから、MISFETの制御の安定性を高めることができる。
This prevents the parasitic bipolar transistor from turning on due to undesired current generated in the outer region 112. This prevents latch-up, thereby improving the stability of MISFET control.
主面ゲート電極層115には、ゲート電圧が印加される。ゲート電圧は、10V以上50V以下(たとえば30V程度)であってもよい。主面ソース電極層121には、ソース電圧が印加される。ソース電圧は、基準電圧(たとえばGND電圧)であってもよい。
A gate voltage is applied to the main surface gate electrode layer 115. The gate voltage may be 10 V or more and 50 V or less (for example, about 30 V). A source voltage is applied to the main surface source electrode layer 121. The source voltage may be a reference voltage (for example, a GND voltage).
主面絶縁層113の上には、パッシベーション層125(絶縁層)が形成されている。パッシベーション層125は、酸化シリコン層または窒化シリコン層からなる単層構造を有していてもよい。
A passivation layer 125 (insulating layer) is formed on the main surface insulating layer 113. The passivation layer 125 may have a single-layer structure made of a silicon oxide layer or a silicon nitride layer.
パッシベーション層125は、酸化シリコン層および窒化シリコン層を含む積層構造を有していてもよい。酸化シリコン層は、窒化シリコン層の上に形成されていてもよい。窒化シリコン層は、酸化シリコン層の上に形成されていてもよい。パッシベーション層125は、この形態では、窒化シリコン層からなる単層構造を有している。
The passivation layer 125 may have a laminated structure including a silicon oxide layer and a silicon nitride layer. The silicon oxide layer may be formed on the silicon nitride layer. The silicon nitride layer may be formed on the silicon oxide layer. In this embodiment, the passivation layer 125 has a single-layer structure consisting of a silicon nitride layer.
パッシベーション層125の側面126A,126B,126C,126Dは、平面視においてSiC半導体層102の側面105A~105Dから内方領域に間隔を空けて形成されている。パッシベーション層125は、平面視においてSiC半導体層102の周縁部を露出させている。パッシベーション層125は、主面絶縁層113を露出させている。
The side surfaces 126A, 126B, 126C, and 126D of the passivation layer 125 are formed at intervals inward from the side surfaces 105A to 105D of the SiC semiconductor layer 102 in a plan view. The passivation layer 125 exposes the peripheral portion of the SiC semiconductor layer 102 in a plan view. The passivation layer 125 exposes the main surface insulating layer 113.
パッシベーション層125は、主面ゲート電極層115および主面ソース電極層121を選択的に被覆している。パッシベーション層125には、ゲートサブパッド開口127およびソースサブパッド開口128が形成されている。ゲートサブパッド開口127は、ゲートパッド116を露出させている。ソースサブパッド開口128は、ソースパッド122を露出させている。
The passivation layer 125 selectively covers the main surface gate electrode layer 115 and the main surface source electrode layer 121. A gate subpad opening 127 and a source subpad opening 128 are formed in the passivation layer 125. The gate subpad opening 127 exposes the gate pad 116. The source subpad opening 128 exposes the source pad 122.
パッシベーション層125の厚さは、1μm以上50μm以下であってもよい。パッシベーション層125の厚さは、1μm以上10μm以下、10μm以上20μm以下、20μm以上30μm以下、30μm以上40μm以下または40μm以上50μm以下であってもよい。
The thickness of the passivation layer 125 may be 1 μm or more and 50 μm or less. The thickness of the passivation layer 125 may be 1 μm or more and 10 μm or less, 10 μm or more and 20 μm or less, 20 μm or more and 30 μm or less, 30 μm or more and 40 μm or less, or 40 μm or more and 50 μm or less.
パッシベーション層125の上には、樹脂層129(絶縁層)が形成されている。パッシベーション層125および樹脂層129は、1つの絶縁積層構造(絶縁層)を形成している。図17では、樹脂層129がハッチングによって示されている。
A resin layer 129 (insulating layer) is formed on the passivation layer 125. The passivation layer 125 and the resin layer 129 form a single insulating laminated structure (insulating layer). In FIG. 17, the resin layer 129 is shown by hatching.
樹脂層129は、ネガティブタイプまたはポジティブタイプの感光性樹脂を含んでいてもよい。樹脂層129は、この形態では、ポジティブタイプの感光性樹脂の一例としてのポリベンゾオキサゾールを含む。樹脂層129は、ネガティブタイプの感光性樹脂の一例としてのポリイミドを含んでいてもよい。
The resin layer 129 may contain a negative type or a positive type photosensitive resin. In this embodiment, the resin layer 129 contains polybenzoxazole as an example of a positive type photosensitive resin. The resin layer 129 may contain polyimide as an example of a negative type photosensitive resin.
樹脂層129は、主面ゲート電極層115および主面ソース電極層121を選択的に被覆している。樹脂層129の樹脂側面130A,130B,130C,130Dは、SiC半導体層102の側面105A~105Dから内方領域に間隔を空けて形成されている。樹脂層129は、パッシベーション層125と共に主面絶縁層113を露出させている。樹脂層129の樹脂側面130A~130Dは、この形態では、パッシベーション層125の側面126A~126Dに面一に形成されている。
The resin layer 129 selectively covers the main surface gate electrode layer 115 and the main surface source electrode layer 121. The resin side surfaces 130A, 130B, 130C, and 130D of the resin layer 129 are formed at intervals inward from the side surfaces 105A to 105D of the SiC semiconductor layer 102. The resin layer 129 exposes the main surface insulating layer 113 together with the passivation layer 125. In this embodiment, the resin side surfaces 130A to 130D of the resin layer 129 are formed flush with the side surfaces 126A to 126D of the passivation layer 125.
樹脂層129の樹脂側面130A~130Dは、一枚のSiC半導体ウエハからSiC半導体装置101を切り出す際にダイシングストリートを区画していた部分である。この形態では、パッシベーション層125の側面126A~126Dもダイシングストリートを区画していた部分である。
The resin side surfaces 130A-130D of the resin layer 129 are the parts that define the dicing streets when the SiC semiconductor device 101 is cut out from a single SiC semiconductor wafer. In this embodiment, the sides 126A-126D of the passivation layer 125 are also the parts that define the dicing streets.
樹脂層129やパッシベーション層125からSiC半導体層102の周縁部を露出させることにより、樹脂層129やパッシベーション層125を物理的に切断する必要がなくなる。これにより、一枚のSiC半導体ウエハからSiC半導体装置101を円滑に切り出すことができる。また、SiC半導体層102の側面105A~105Dからの絶縁距離を増加させることができる。
By exposing the peripheral portion of the SiC semiconductor layer 102 from the resin layer 129 and the passivation layer 125, it is not necessary to physically cut the resin layer 129 and the passivation layer 125. This makes it possible to smoothly cut out the SiC semiconductor device 101 from one SiC semiconductor wafer. In addition, the insulation distance from the side surfaces 105A to 105D of the SiC semiconductor layer 102 can be increased.
側面105A~105Dおよび樹脂側面130A~130D(側面126A~126D)の間の距離は、1μm以上25μm以下であってもよい。側面105A~105Dおよび樹脂側面130A~130D(側面126A~126D)の間の距離は、1μm以上5μm以下、5μm以上10μm以下、10μm以上15μm以下、15μm以上20μm以下または20μm以上25μm以下であってもよい。むろん、パッシベーション層125の側面126A~126Dは、SiC半導体層102の側面105A~105Dに対して面一に形成されていてもよい。
The distance between the side surfaces 105A-105D and the resin side surfaces 130A-130D (side surfaces 126A-126D) may be 1 μm or more and 25 μm or less. The distance between the side surfaces 105A-105D and the resin side surfaces 130A-130D (side surfaces 126A-126D) may be 1 μm or more and 5 μm or less, 5 μm or more and 10 μm or less, 10 μm or more and 15 μm or less, 15 μm or more and 20 μm or less, or 20 μm or more and 25 μm or less. Of course, the side surfaces 126A-126D of the passivation layer 125 may be formed flush with the side surfaces 105A-105D of the SiC semiconductor layer 102.
樹脂層129には、ゲートパッド開口131およびソースパッド開口132が形成されている。ゲートパッド開口131は、ゲートパッド116を露出させている。ソースパッド開口132は、ソースパッド122を露出させている。
A gate pad opening 131 and a source pad opening 132 are formed in the resin layer 129. The gate pad opening 131 exposes the gate pad 116. The source pad opening 132 exposes the source pad 122.
樹脂層129のゲートパッド開口131は、パッシベーション層125のゲートサブパッド開口127に連通している。ゲートパッド開口131の内壁は、ゲートサブパッド開口127の内壁の外側に位置していてもよい。ゲートパッド開口131の内壁は、ゲートサブパッド開口127の内壁の内側に位置していてもよい。樹脂層129は、ゲートサブパッド開口127の内壁を被覆していてもよい。
The gate pad opening 131 of the resin layer 129 is connected to the gate subpad opening 127 of the passivation layer 125. The inner wall of the gate pad opening 131 may be located outside the inner wall of the gate subpad opening 127. The inner wall of the gate pad opening 131 may be located inside the inner wall of the gate subpad opening 127. The resin layer 129 may cover the inner wall of the gate subpad opening 127.
樹脂層129のソースパッド開口132は、パッシベーション層125のソースサブパッド開口128に連通している。ゲートパッド開口131の内壁は、ソースサブパッド開口128の内壁の外側に位置していてもよい。ソースパッド開口132の内壁は、ソースサブパッド開口128の内壁の内側に位置していてもよい。樹脂層129は、ソースサブパッド開口128の内壁を被覆していてもよい。
The source pad opening 132 of the resin layer 129 is connected to the source subpad opening 128 of the passivation layer 125. The inner wall of the gate pad opening 131 may be located outside the inner wall of the source subpad opening 128. The inner wall of the source pad opening 132 may be located inside the inner wall of the source subpad opening 128. The resin layer 129 may cover the inner wall of the source subpad opening 128.
樹脂層129の厚さは、1μm以上50μm以下であってもよい。樹脂層129の厚さは、1μm以上10μm以下、10μm以上20μm以下、20μm以上30μm以下、30μm以上40μm以下または40μm以上50μm以下であってもよい。
The thickness of the resin layer 129 may be 1 μm or more and 50 μm or less. The thickness of the resin layer 129 may be 1 μm or more and 10 μm or less, 10 μm or more and 20 μm or less, 20 μm or more and 30 μm or less, 30 μm or more and 40 μm or less, or 40 μm or more and 50 μm or less.
SiC半導体層102の第2主面104には、第2主面電極層としてのドレイン電極層133が接続されている。オフ時において主面ソース電極層121およびドレイン電極層133の間に印加可能な最大電圧は、1000V以上10000V以下であってもよい。
A drain electrode layer 133 serving as a second principal surface electrode layer is connected to the second principal surface 104 of the SiC semiconductor layer 102. The maximum voltage that can be applied between the principal surface source electrode layer 121 and the drain electrode layer 133 in the off state may be 1000 V or more and 10000 V or less.
ドレイン電極層133は、Ti層、Ni層、Au層、Ag層またはAl層のうちの少なくとも1つを含んでいてもよい。ドレイン電極層133は、Ti層、Ni層、Au層、Ag層またはAl層を含む単層構造を有していてもよい。
The drain electrode layer 133 may include at least one of a Ti layer, a Ni layer, an Au layer, an Ag layer, or an Al layer. The drain electrode layer 133 may have a single layer structure including a Ti layer, a Ni layer, an Au layer, an Ag layer, or an Al layer.
ドレイン電極層133は、Ti層、Ni層、Au層、Ag層およびAl層のうちの少なくとも2つを任意の態様で積層させた積層構造を有していてもよい。ドレイン電極層133は、SiC半導体層102の第2主面104からこの順に積層されたTi層、Ni層、Au層およびAg層を含む4層構造を有していてもよい。
The drain electrode layer 133 may have a laminated structure in which at least two of a Ti layer, a Ni layer, an Au layer, an Ag layer, and an Al layer are laminated in any manner. The drain electrode layer 133 may have a four-layer structure including a Ti layer, a Ni layer, an Au layer, and an Ag layer laminated in this order from the second main surface 104 of the SiC semiconductor layer 102.
SiC半導体基板106は、MISFETのドレイン領域134として形成されている。SiCエピタキシャル層107は、MISFETのドリフト領域135として形成されている。
The SiC semiconductor substrate 106 is formed as the drain region 134 of the MISFET. The SiC epitaxial layer 107 is formed as the drift region 135 of the MISFET.
SiC半導体層102の側面105A~105Dには、第1形態例に係る粗面領域20A~20Dおよび滑面領域21A~21Dが形成されている。第3実施形態に係る粗面領域20A~20Dおよび滑面領域21A~21Dの構造は、SiC半導体層2に代えてSiC半導体層102に形成されている点を除いて、第1実施形態に係る粗面領域20A~20Dおよび滑面領域21A~21Dの構造と同様である。
Rough surface regions 20A-20D and smooth surface regions 21A-21D according to the first embodiment are formed on side surfaces 105A-105D of SiC semiconductor layer 102. The structures of rough surface regions 20A-20D and smooth surface regions 21A-21D according to the third embodiment are similar to the structures of rough surface regions 20A-20D and smooth surface regions 21A-21D according to the first embodiment, except that they are formed on SiC semiconductor layer 102 instead of SiC semiconductor layer 2.
第1実施形態に係る粗面領域20A~20Dおよび滑面領域21A~21Dの説明は、それぞれ、第3実施形態に係る粗面領域20A~20Dおよび滑面領域21A~21Dの説明に準用されるものとし、第3実施形態に係る粗面領域20A~20Dおよび滑面領域21A~21Dについての具体的な説明は省略される。
The descriptions of the rough surface areas 20A-20D and the smooth surface areas 21A-21D according to the first embodiment are to be understood as applying mutatis mutandis to the descriptions of the rough surface areas 20A-20D and the smooth surface areas 21A-21D according to the third embodiment, respectively, and a detailed description of the rough surface areas 20A-20D and the smooth surface areas 21A-21D according to the third embodiment will be omitted.
図19は、図18に示す領域XIXの拡大図であって、SiC半導体層102の第1主面103の構造を説明するための図である。図20は、図19に示すXX-XX線に沿う断面図である。図21は、図19に示すXXI-XXI線に沿う断面図である。図22は、図20に示す領域XXIIの拡大図である。図23は、図18に示すXXIII-XXIII線に沿う断面図である。図24は、図23に示す領域XXIVの拡大図である。
Figure 19 is an enlarged view of region XIX shown in Figure 18, and is a view for explaining the structure of the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102. Figure 20 is a cross-sectional view taken along line XX-XX shown in Figure 19. Figure 21 is a cross-sectional view taken along line XXI-XXI shown in Figure 19. Figure 22 is an enlarged view of region XXII shown in Figure 20. Figure 23 is a cross-sectional view taken along line XXIII-XXIII shown in Figure 18. Figure 24 is an enlarged view of region XXIV shown in Figure 23.
図19~図23を参照して、アクティブ領域111においてSiC半導体層102の第1主面103の表層部には、p型のボディ領域141が形成されている。ボディ領域141は、アクティブ領域111を画定している。
Referring to Figures 19 to 23, a p-type body region 141 is formed in the surface layer of the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102 in the active region 111. The body region 141 defines the active region 111.
ボディ領域141は、この形態では、SiC半導体層102の第1主面103においてアクティブ領域111を形成する領域の全域に形成されている。ボディ領域141のp型不純物濃度は、1.0×1017cm-3以上1.0×1019cm-3以下であってもよい。
In this embodiment, the body region 141 is formed in the entire region forming the active region 111 on the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102. The p-type impurity concentration of the body region 141 may be not less than 1.0×10 17 cm −3 and not more than 1.0×10 19 cm −3 .
アクティブ領域111においてSiC半導体層102の第1主面103の表層部には、複数のゲートトレンチ142が形成されている。複数のゲートトレンチ142は、平面視において第1方向X(SiC単結晶のm軸方向)に沿って延びる帯状にそれぞれ形成され、第2方向Y(SiC単結晶のa軸方向)に沿って間隔を空けて形成されている。
In the active region 111, a plurality of gate trenches 142 are formed in the surface layer of the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102. The plurality of gate trenches 142 are each formed in a strip shape extending along the first direction X (the m-axis direction of the SiC single crystal) in a plan view, and are formed at intervals along the second direction Y (the a-axis direction of the SiC single crystal).
各ゲートトレンチ142は、この形態では、アクティブ領域111において一方側(側面105B側)の周縁部から他方側(側面105D側)の周縁部に向けて延びている。複数のゲートトレンチ142は、平面視において全体としてストライプ状に形成されている。
In this embodiment, each gate trench 142 extends from the periphery on one side (side surface 105B) of the active region 111 to the periphery on the other side (side surface 105D). The multiple gate trenches 142 are formed in a striped pattern as a whole in a plan view.
各ゲートトレンチ142は、アクティブ領域111において一方側の周縁部および他方側の周縁部の間の中間部を横切っている。各ゲートトレンチ142の一端部は、アクティブ領域111において一方側の周縁部に位置している。各ゲートトレンチ142の他端部は、アクティブ領域111において他方側の周縁部に位置している。
Each gate trench 142 crosses the middle portion between the periphery on one side and the periphery on the other side of the active region 111. One end of each gate trench 142 is located at the periphery on one side of the active region 111. The other end of each gate trench 142 is located at the periphery on the other side of the active region 111.
各ゲートトレンチ142の長さは、0.5mm以上であってもよい。各ゲートトレンチ142の長さは、図21に示す断面において、各ゲートトレンチ142および外側ゲートフィンガー117の接続部分側の端部から、反対側の端部までの長さである。
The length of each gate trench 142 may be 0.5 mm or more. The length of each gate trench 142 is the length from the end of the connection portion of each gate trench 142 and the outer gate finger 117 to the opposite end in the cross section shown in FIG. 21.
各ゲートトレンチ142の長さは、この形態では、1mm以上10mm以下(たとえば2mm以上5mm以下)である。単位面積当たりの1つまたは複数のゲートトレンチ142の総延長は、0.5μm/μm2以上0.75μm/μm2以下であってもよい。
In this embodiment, the length of each gate trench 142 is 1 mm to 10 mm (e.g., 2 mm to 5 mm). The total extension of the one or more gate trenches 142 per unit area may be 0.5 μm/ μm2 to 0.75 μm/ μm2 .
各ゲートトレンチ142は、アクティブトレンチ部143およびコンタクトトレンチ部144を一体的に含む。アクティブトレンチ部143は、アクティブ領域111においてMISFETのチャネルに沿う部分である。
Each gate trench 142 integrally includes an active trench portion 143 and a contact trench portion 144. The active trench portion 143 is a portion of the active region 111 that is aligned with the channel of the MISFET.
コンタクトトレンチ部144は、主としてゲートトレンチ142において外側ゲートフィンガー117とのコンタクトを目的とした部分である。コンタクトトレンチ部144は、アクティブトレンチ部143からアクティブ領域111の周縁部に引き出されている。コンタクトトレンチ部144は、外側ゲートフィンガー117の直下の領域に形成されている。コンタクトトレンチ部144の引き出し量は任意である。
The contact trench portion 144 is a portion of the gate trench 142 that is intended primarily to make contact with the outer gate finger 117. The contact trench portion 144 is extended from the active trench portion 143 to the periphery of the active region 111. The contact trench portion 144 is formed in the region directly below the outer gate finger 117. The amount of extension of the contact trench portion 144 is arbitrary.
各ゲートトレンチ142は、ボディ領域141を貫通し、SiCエピタキシャル層107に至っている。各ゲートトレンチ142は、側壁および底壁を含む。各ゲートトレンチ142の長辺を形成する側壁は、SiC単結晶のa面によって形成されている。各ゲートトレンチ142の短辺を形成する側壁は、SiC単結晶のm面によって形成されている。
Each gate trench 142 penetrates the body region 141 and reaches the SiC epitaxial layer 107. Each gate trench 142 includes a sidewall and a bottom wall. The sidewalls forming the long sides of each gate trench 142 are formed by the a-plane of the SiC single crystal. The sidewalls forming the short sides of each gate trench 142 are formed by the m-plane of the SiC single crystal.
各ゲートトレンチ142の側壁は、法線方向Zに沿って延びていてもよい。各ゲートトレンチ142の側壁は、SiC半導体層102の第1主面103に対してほぼ垂直に形成されていてもよい。
The sidewalls of each gate trench 142 may extend along the normal direction Z. The sidewalls of each gate trench 142 may be formed substantially perpendicular to the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102.
SiC半導体層102内において各ゲートトレンチ142の側壁がSiC半導体層102の第1主面103に対して成す角度は、90°以上95°以下(たとえば91°以上93°以下)であってもよい。各ゲートトレンチ142は、断面視において底壁側の開口面積が開口側の開口面積よりも小さいテーパ形状に形成されていてもよい。
The angle that the sidewall of each gate trench 142 makes with the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102 may be 90° or more and 95° or less (e.g., 91° or more and 93° or less). Each gate trench 142 may be formed in a tapered shape in which the opening area on the bottom wall side is smaller than the opening area on the opening side in a cross-sectional view.
各ゲートトレンチ142の底壁は、SiCエピタキシャル層107に位置している。各ゲートトレンチ142の底壁は、より具体的には、SiCエピタキシャル層107の高濃度領域108に位置している。
The bottom wall of each gate trench 142 is located in the SiC epitaxial layer 107. More specifically, the bottom wall of each gate trench 142 is located in a high concentration region 108 of the SiC epitaxial layer 107.
各ゲートトレンチ142の底壁は、SiC単結晶のc面に面している。各ゲートトレンチ142の底壁は、SiC単結晶のc面に対して[11-20]方向に傾斜したオフ角θを有している。
The bottom wall of each gate trench 142 faces the c-plane of the SiC single crystal. The bottom wall of each gate trench 142 has an off-angle θ inclined in the [11-20] direction with respect to the c-plane of the SiC single crystal.
各ゲートトレンチ142の底壁は、SiC半導体層102の第1主面103に対して平行に形成されていてもよい。むろん、各ゲートトレンチ142の底壁は、SiC半導体層102の第2主面104に向かう凸湾曲状に形成されていてもよい。
The bottom wall of each gate trench 142 may be formed parallel to the first major surface 103 of the SiC semiconductor layer 102. Of course, the bottom wall of each gate trench 142 may be formed in a convex curve toward the second major surface 104 of the SiC semiconductor layer 102.
法線方向Zに関して、各ゲートトレンチ142の深さは、0.5μm以上3.0μm以下であってもよい。各ゲートトレンチ142の深さは、0.5μm以上1.0μm以下、1.0μm以上1.5μm以下、1.5μm以上2.0μm以下、2.0μm以上2.5μm以下または2.5μm以上3.0μm以下であってもよい。
With respect to the normal direction Z, the depth of each gate trench 142 may be 0.5 μm or more and 3.0 μm or less. The depth of each gate trench 142 may be 0.5 μm or more and 1.0 μm or less, 1.0 μm or more and 1.5 μm or less, 1.5 μm or more and 2.0 μm or less, 2.0 μm or more and 2.5 μm or less, or 2.5 μm or more and 3.0 μm or less.
各ゲートトレンチ142の第2方向Yに沿う幅は、0.1μm以上2μm以下であってもよい。各ゲートトレンチ142の幅は、0.1μm以上0.5μm以下、0.5μm以上1.0μm以下、1.0μm以上1.5μm以下または1.5μm以上2μm以下であってもよい。
The width of each gate trench 142 along the second direction Y may be 0.1 μm or more and 2 μm or less. The width of each gate trench 142 may be 0.1 μm or more and 0.5 μm or less, 0.5 μm or more and 1.0 μm or less, 1.0 μm or more and 1.5 μm or less, or 1.5 μm or more and 2 μm or less.
図22を参照して、各ゲートトレンチ142の開口エッジ部146は、SiC半導体層102の第1主面103から各ゲートトレンチ142の内方に向かって下り傾斜した傾斜部147を含む。各ゲートトレンチ142の開口エッジ部146は、SiC半導体層102の第1主面103および各ゲートトレンチ142の側壁を接続する角部である。
22, the opening edge portion 146 of each gate trench 142 includes an inclined portion 147 that slopes downward from the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102 toward the inside of each gate trench 142. The opening edge portion 146 of each gate trench 142 is a corner portion that connects the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102 and the sidewall of each gate trench 142.
傾斜部147は、この形態では、SiC半導体層102の内方に向かう凹湾曲状に形成されている。傾斜部147は、各ゲートトレンチ142の内方に向かう凸湾曲状に形成されていてもよい。傾斜部147は、各ゲートトレンチ142の開口エッジ部146に対する電界集中を緩和する。
In this embodiment, the inclined portion 147 is formed in a concave curve toward the inside of the SiC semiconductor layer 102. The inclined portion 147 may be formed in a convex curve toward the inside of each gate trench 142. The inclined portion 147 reduces electric field concentration at the opening edge portion 146 of each gate trench 142.
各ゲートトレンチ142内には、ゲート絶縁層148およびゲート電極層149が形成されている。図19では、ゲート絶縁層148およびゲート電極層149は、ハッチングによって示されている。
A gate insulating layer 148 and a gate electrode layer 149 are formed in each gate trench 142. In FIG. 19, the gate insulating layer 148 and the gate electrode layer 149 are indicated by hatching.
ゲート絶縁層148は、酸化シリコン(SiO2)、窒化シリコン(SiN)、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化ジルコニウム(ZrO2)または酸化タンタル(Ta2O3)のうちの少なくとも1種を含む。
The gate insulating layer 148 includes at least one of silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiN), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), or tantalum oxide (Ta 2 O 3 ).
ゲート絶縁層148は、SiC半導体層102の第1主面103側からこの順に積層されたSiN層およびSiO2層を含む積層構造を有していてもよい。ゲート絶縁層148は、SiC半導体層102の第1主面103側からこの順に積層されたSiO2層およびSiN層を含む積層構造を有していてもよい。ゲート絶縁層148は、SiO2層またはSiN層からなる単層構造を有していてもよい。ゲート絶縁層148は、この形態では、SiO2層からなる単層構造を有している。
The gate insulating layer 148 may have a laminated structure including a SiN layer and a SiO 2 layer laminated in this order from the first main surface 103 side of the SiC semiconductor layer 102. The gate insulating layer 148 may have a laminated structure including a SiO 2 layer and a SiN layer laminated in this order from the first main surface 103 side of the SiC semiconductor layer 102. The gate insulating layer 148 may have a single layer structure made of a SiO 2 layer or a SiN layer. In this embodiment, the gate insulating layer 148 has a single layer structure made of a SiO 2 layer.
ゲート絶縁層148は、ゲートトレンチ142内に凹状の空間が区画されるようにゲートトレンチ142の内壁面に沿って膜状に形成されている。ゲート絶縁層148は、第1領域148a、第2領域148bおよび第3領域148cを含む。
The gate insulating layer 148 is formed in the form of a film along the inner wall surface of the gate trench 142 so as to define a concave space within the gate trench 142. The gate insulating layer 148 includes a first region 148a, a second region 148b, and a third region 148c.
第1領域148aは、ゲートトレンチ142の側壁に沿って形成されている。第2領域148bは、ゲートトレンチ142の底壁に沿って形成されている。第3領域148cは、SiC半導体層102の第1主面103に沿って形成されている。ゲート絶縁層148の第3領域148cは、主面絶縁層113の一部を形成している。
The first region 148a is formed along the sidewall of the gate trench 142. The second region 148b is formed along the bottom wall of the gate trench 142. The third region 148c is formed along the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102. The third region 148c of the gate insulating layer 148 forms part of the main surface insulating layer 113.
第1領域148aの厚さTaは、第2領域148bの厚さTbおよび第3領域148cの厚さTcよりも小さい。第1領域148aの厚さTaに対する第2領域148bの厚さTbの比Tb/Taは、2以上5以下であってもよい。第1領域148aの厚さTaに対する第3領域148cの厚さTcの比T3/Taは、2以上5以下であってもよい。
The thickness Ta of the first region 148a is smaller than the thickness Tb of the second region 148b and the thickness Tc of the third region 148c. The ratio Tb/Ta of the thickness Tb of the second region 148b to the thickness Ta of the first region 148a may be 2 or more and 5 or less. The ratio T3/Ta of the thickness Tc of the third region 148c to the thickness Ta of the first region 148a may be 2 or more and 5 or less.
第1領域148aの厚さTaは、0.01μm以上0.2μm以下であってもよい。第2領域148bの厚さTbは、0.05μm以上0.5μm以下であってもよい。第3領域148cの厚さTcは、0.05μm以上0.5μm以下であってもよい。
The thickness Ta of the first region 148a may be 0.01 μm or more and 0.2 μm or less. The thickness Tb of the second region 148b may be 0.05 μm or more and 0.5 μm or less. The thickness Tc of the third region 148c may be 0.05 μm or more and 0.5 μm or less.
ゲート絶縁層148の第1領域148aを薄くすることによって、ボディ領域141において各ゲートトレンチ142の側壁近傍の領域に誘起されるキャリアの増加を抑制できる。これにより、チャネル抵抗の増加を抑制できる。ゲート絶縁層148の第2領域148bを厚くすることにより、各ゲートトレンチ142の底壁に対する電界集中を緩和できる。
By thinning the first region 148a of the gate insulating layer 148, the increase in carriers induced in the body region 141 near the sidewalls of each gate trench 142 can be suppressed. This makes it possible to suppress an increase in channel resistance. By thickening the second region 148b of the gate insulating layer 148, the electric field concentration on the bottom wall of each gate trench 142 can be alleviated.
ゲート絶縁層148の第3領域148cを厚くすることにより、各ゲートトレンチ142の開口エッジ部146近傍におけるゲート絶縁層148の耐圧を向上できる。また、第3領域148cを厚くすることにより、第3領域148cがエッチング法によって消失することを抑制できる。
By thickening the third region 148c of the gate insulating layer 148, the breakdown voltage of the gate insulating layer 148 near the opening edge portion 146 of each gate trench 142 can be improved. In addition, by thickening the third region 148c, it is possible to prevent the third region 148c from disappearing due to the etching method.
これにより、第3領域148cの消失に起因して、第1領域148aがエッチング法によって除去されることを抑制できる。その結果、ゲート電極層149を、ゲート絶縁層148を挟んでSiC半導体層102(ボディ領域141)に適切に対向させることができる。
This prevents the first region 148a from being removed by the etching method due to the disappearance of the third region 148c. As a result, the gate electrode layer 149 can be appropriately opposed to the SiC semiconductor layer 102 (body region 141) with the gate insulating layer 148 interposed therebetween.
ゲート絶縁層148は、さらに、各ゲートトレンチ142の開口エッジ部146において各ゲートトレンチ142内に向けて膨出した膨出部148dを含む。膨出部148dは、ゲート絶縁層148の第1領域148aおよび第3領域148cを接続する角部に形成されている。
The gate insulating layer 148 further includes a bulge portion 148d that bulges into each gate trench 142 at the opening edge portion 146 of each gate trench 142. The bulge portion 148d is formed at a corner portion that connects the first region 148a and the third region 148c of the gate insulating layer 148.
膨出部148dは、各ゲートトレンチ142の内方に向かって凸湾曲状に張り出している。膨出部148dは、各ゲートトレンチ142の開口エッジ部146において各ゲートトレンチ142の開口を狭めている。
The bulging portion 148d protrudes inwardly of each gate trench 142 in a convex curved shape. The bulging portion 148d narrows the opening of each gate trench 142 at the opening edge portion 146 of each gate trench 142.
膨出部148dにより、開口エッジ部146におけるゲート絶縁層148の絶縁耐圧の向上が図られている。むろん、膨出部148dを有さないゲート絶縁層148が形成されていてもよい。また、一様な厚さを有するゲート絶縁層148が形成されていてもよい。
The bulge 148d improves the dielectric strength of the gate insulating layer 148 at the opening edge 146. Of course, the gate insulating layer 148 may be formed without the bulge 148d. Also, the gate insulating layer 148 may be formed to have a uniform thickness.
ゲート電極層149は、ゲート絶縁層148を挟んで各ゲートトレンチ142に埋め込まれている。ゲート電極層149は、より具体的には、各ゲートトレンチ142においてゲート絶縁層148によって区画された凹状の空間に埋め込まれている。ゲート電極層149は、ゲート電圧によって制御される。
The gate electrode layer 149 is embedded in each gate trench 142 with the gate insulating layer 148 sandwiched therebetween. More specifically, the gate electrode layer 149 is embedded in a concave space defined by the gate insulating layer 148 in each gate trench 142. The gate electrode layer 149 is controlled by a gate voltage.
ゲート電極層149は、各ゲートトレンチ142の開口側に位置する上端部を有している。ゲート電極層149の上端部は、各ゲートトレンチ142の底壁に向かって窪んだ凹湾曲状に形成されている。ゲート電極層149の上端部は、ゲート絶縁層148の膨出部148dに沿って括れた括れ部を有している。
The gate electrode layer 149 has an upper end located on the opening side of each gate trench 142. The upper end of the gate electrode layer 149 is formed in a concave curved shape recessed toward the bottom wall of each gate trench 142. The upper end of the gate electrode layer 149 has a narrowed portion that is narrowed along the bulging portion 148d of the gate insulating layer 148.
ゲート電極層149の断面積(各ゲートトレンチ142が延びる方向と直交する断面積)は、0.05μm2以上0.5μm2以下であってもよい。ゲート電極層149の断面積は、ゲート電極層149の深さおよびゲート電極層149の幅の積で定義される。
The cross-sectional area of the gate electrode layer 149 (the cross-sectional area perpendicular to the direction in which each gate trench 142 extends) may be 0.05 μm 2 or more and 0.5 μm 2 or less. The cross-sectional area of the gate electrode layer 149 is defined as the product of the depth of the gate electrode layer 149 and the width of the gate electrode layer 149.
ゲート電極層149の深さは、ゲート電極層149の上端部から下端部までの距離である。ゲート電極層149の幅は、ゲート電極層149の上端部および下端部の間の中間位置におけるゲートトレンチ142の幅である。上端部が曲面(この形態では凹湾曲状)である場合、ゲート電極層149の上端部の位置は、ゲート電極層149の上面における深さ方向の中間位置とする。
The depth of the gate electrode layer 149 is the distance from the top to the bottom of the gate electrode layer 149. The width of the gate electrode layer 149 is the width of the gate trench 142 at the midpoint between the top and bottom of the gate electrode layer 149. If the top is curved (concavely curved in this embodiment), the position of the top of the gate electrode layer 149 is the midpoint in the depth direction on the top surface of the gate electrode layer 149.
ゲート電極層149は、p型不純物が添加されたp型ポリシリコンを含む。ゲート電極層149のp型不純物は、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、インジウム(In)またはガリウム(Ga)のうちの少なくとも1種を含んでいてもよい。
The gate electrode layer 149 includes p-type polysilicon doped with p-type impurities. The p-type impurities in the gate electrode layer 149 may include at least one of boron (B), aluminum (Al), indium (In), or gallium (Ga).
ゲート電極層149のp型不純物濃度は、ボディ領域141のp型不純物濃度以上である。ゲート電極層149のp型不純物濃度は、より具体的には、ボディ領域141のp型不純物濃度よりも大きい。
The p-type impurity concentration of the gate electrode layer 149 is equal to or greater than the p-type impurity concentration of the body region 141. More specifically, the p-type impurity concentration of the gate electrode layer 149 is greater than the p-type impurity concentration of the body region 141.
ゲート電極層149のp型不純物濃度は、1×1018cm-3以上1×1022cm-3以下であってもよい。ゲート電極層149のシート抵抗は、10Ω/□以上500Ω/□以下(この形態では200Ω/□程度)であってもよい。
The p-type impurity concentration of the gate electrode layer 149 may be 1×10 18 cm −3 or more and 1×10 22 cm −3 or less. The sheet resistance of the gate electrode layer 149 may be 10 Ω/□ or more and 500 Ω/□ or less (about 200 Ω/□ in this embodiment).
図19および図21を参照して、アクティブ領域111には、ゲート配線層150が形成されている。ゲート配線層150は、ゲートパッド116およびゲートフィンガー117,118に電気的に接続される。図21では、ゲート配線層150がハッチングによって示されている。
Referring to FIG. 19 and FIG. 21, a gate wiring layer 150 is formed in the active region 111. The gate wiring layer 150 is electrically connected to the gate pad 116 and the gate fingers 117 and 118. In FIG. 21, the gate wiring layer 150 is indicated by hatching.
ゲート配線層150は、SiC半導体層102の第1主面103の上に形成されている。ゲート配線層150は、より具体的には、ゲート絶縁層148の第3領域148cの上に形成されている。
The gate wiring layer 150 is formed on the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102. More specifically, the gate wiring layer 150 is formed on the third region 148c of the gate insulating layer 148.
ゲート配線層150は、この形態では、外側ゲートフィンガー117に沿って形成されている。ゲート配線層150は、より具体的には、アクティブ領域111の内方領域を3方向から区画するように、SiC半導体層102の3つの側面105A,105B,105Dに沿って形成されている。
In this embodiment, the gate wiring layer 150 is formed along the outer gate finger 117. More specifically, the gate wiring layer 150 is formed along the three side surfaces 105A, 105B, and 105D of the SiC semiconductor layer 102 so as to partition the inner region of the active region 111 from three directions.
ゲート配線層150は、各ゲートトレンチ142のコンタクトトレンチ部144から露出するゲート電極層149に接続されている。ゲート配線層150は、この形態では、各ゲートトレンチ142からSiC半導体層102の第1主面103の上に引き出されたゲート電極層149の引き出し部によって形成されている。ゲート配線層150の上端部は、ゲート電極層149の上端部に接続されている。
The gate wiring layer 150 is connected to the gate electrode layer 149 exposed from the contact trench portion 144 of each gate trench 142. In this embodiment, the gate wiring layer 150 is formed by an extension portion of the gate electrode layer 149 that is extended from each gate trench 142 onto the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102. The upper end of the gate wiring layer 150 is connected to the upper end of the gate electrode layer 149.
図19、図20および図22を参照して、アクティブ領域111においてSiC半導体層102の第1主面103には、複数のソーストレンチ155が形成されている。各ソーストレンチ155は、互いに隣り合う2つのゲートトレンチ142の間の領域に形成されている。
Referring to Figures 19, 20, and 22, a plurality of source trenches 155 are formed in the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102 in the active region 111. Each source trench 155 is formed in a region between two adjacent gate trenches 142.
複数のソーストレンチ155は、第1方向X(SiC単結晶のm軸方向)に沿って延びる帯状にそれぞれ形成されている。複数のソーストレンチ155は、平面視において全体としてストライプ状に形成されている。第2方向Yに関して、互いに隣り合うソーストレンチ155の中央部間のピッチは、1.5μm以上3μm以下であってもよい。
The multiple source trenches 155 are each formed in a band shape extending along the first direction X (the m-axis direction of the SiC single crystal). The multiple source trenches 155 are formed in a stripe shape as a whole in a plan view. In the second direction Y, the pitch between the centers of adjacent source trenches 155 may be 1.5 μm or more and 3 μm or less.
各ソーストレンチ155は、ボディ領域141を貫通し、SiCエピタキシャル層107に至っている。各ソーストレンチ155は、側壁および底壁を含む。各ソーストレンチ155の長辺を形成する側壁は、SiC単結晶のa面によって形成されている。各ソーストレンチ155の短辺を形成する側壁は、SiC単結晶のm面によって形成されている。
Each source trench 155 penetrates the body region 141 and reaches the SiC epitaxial layer 107. Each source trench 155 includes a sidewall and a bottom wall. The sidewalls forming the long sides of each source trench 155 are formed by the a-plane of the SiC single crystal. The sidewalls forming the short sides of each source trench 155 are formed by the m-plane of the SiC single crystal.
各ソーストレンチ155の側壁は、法線方向Zに沿って延びていてもよい。各ソーストレンチ155の側壁は、SiC半導体層102の第1主面103に対してほぼ垂直に形成されていてもよい。
The sidewalls of each source trench 155 may extend along the normal direction Z. The sidewalls of each source trench 155 may be formed substantially perpendicular to the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102.
SiC半導体層102内において各ソーストレンチ155の側壁がSiC半導体層102の第1主面103に対して成す角度は、90°以上95°以下(たとえば91°以上93°以下)であってもよい。各ソーストレンチ155は、断面視において底壁側の開口面積が開口側の開口面積よりも小さいテーパ形状に形成されていてもよい。
In the SiC semiconductor layer 102, the sidewall of each source trench 155 may form an angle of 90° or more and 95° or less (e.g., 91° or more and 93° or less) with respect to the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102. Each source trench 155 may be formed in a tapered shape in which the opening area on the bottom wall side is smaller than the opening area on the opening side in a cross-sectional view.
各ソーストレンチ155の底壁は、SiCエピタキシャル層107に位置している。各ソーストレンチ155の底壁は、より具体的には、SiCエピタキシャル層107の高濃度領域108に位置している。各ソーストレンチ155の底壁は、さらに具体的には、各ゲートトレンチ142の底壁および低濃度領域109の間の領域に位置している。
The bottom wall of each source trench 155 is located in the SiC epitaxial layer 107. More specifically, the bottom wall of each source trench 155 is located in the high concentration region 108 of the SiC epitaxial layer 107. More specifically, the bottom wall of each source trench 155 is located in the region between the bottom wall of each gate trench 142 and the low concentration region 109.
各ソーストレンチ155の底壁は、SiC単結晶のc面に面している。各ソーストレンチ155の底壁は、SiC単結晶のc面に対して[11-20]方向に傾斜したオフ角θを有している。
The bottom wall of each source trench 155 faces the c-plane of the SiC single crystal. The bottom wall of each source trench 155 has an off-angle θ inclined in the [11-20] direction with respect to the c-plane of the SiC single crystal.
各ソーストレンチ155の底壁は、SiC半導体層102の第1主面103に対して平行に形成されていてもよい。むろん、各ソーストレンチ155の底壁は、SiC半導体層102の第2主面104に向かう凸湾曲状に形成されていてもよい。
The bottom wall of each source trench 155 may be formed parallel to the first major surface 103 of the SiC semiconductor layer 102. Of course, the bottom wall of each source trench 155 may be formed in a convex curve toward the second major surface 104 of the SiC semiconductor layer 102.
各ソーストレンチ155の深さは、この形態では、各ゲートトレンチ142の深さ以上である。各ソーストレンチ155の深さは、より具体的には、各ゲートトレンチ142の深さよりも大きい。
In this embodiment, the depth of each source trench 155 is equal to or greater than the depth of each gate trench 142. More specifically, the depth of each source trench 155 is greater than the depth of each gate trench 142.
各ソーストレンチ155の底壁は、各ゲートトレンチ142の底壁に対してSiC半導体層102の第2主面104側に位置している。むろん、各ソーストレンチ155の深さは、各ゲートトレンチ142の深さと等しくてもよい。
The bottom wall of each source trench 155 is located on the second main surface 104 side of the SiC semiconductor layer 102 relative to the bottom wall of each gate trench 142. Of course, the depth of each source trench 155 may be equal to the depth of each gate trench 142.
法線方向Zに関して、各ソーストレンチ155の深さは、0.5μm以上10μm以下(たとえば2μm程度)であってもよい。各ゲートトレンチ142の深さに対する各ソーストレンチ155の深さの比は、1.5以上であってもよい。各ゲートトレンチ142の深さに対する各ソーストレンチ155の深さの比は、2以上であることが好ましい。
With respect to the normal direction Z, the depth of each source trench 155 may be 0.5 μm or more and 10 μm or less (for example, about 2 μm). The ratio of the depth of each source trench 155 to the depth of each gate trench 142 may be 1.5 or more. It is preferable that the ratio of the depth of each source trench 155 to the depth of each gate trench 142 is 2 or more.
各ソーストレンチ155の第1方向幅は、各ゲートトレンチ142の第1方向幅とほぼ等しくてもよい。各ソーストレンチ155の第1方向幅は、各ゲートトレンチ142の第1方向幅以上であってもよい。各ソーストレンチ155の第1方向幅は、0.1μm以上2μm以下(たとえば0.5μm程度)であってもよい。
The first direction width of each source trench 155 may be approximately equal to the first direction width of each gate trench 142. The first direction width of each source trench 155 may be equal to or greater than the first direction width of each gate trench 142. The first direction width of each source trench 155 may be equal to or greater than 0.1 μm and equal to or less than 2 μm (for example, about 0.5 μm).
各ソーストレンチ155内には、ソース絶縁層156およびソース電極層157が形成されている。図19においてソース絶縁層156およびソース電極層157は、ハッチングによって示されている。
A source insulating layer 156 and a source electrode layer 157 are formed in each source trench 155. In FIG. 19, the source insulating layer 156 and the source electrode layer 157 are indicated by hatching.
ソース絶縁層156は、酸化シリコン(SiO2)、窒化シリコン(SiN)、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化ジルコニウム(ZrO2)または酸化タンタル(Ta2O3)のうちの少なくとも1種を含む。
The source insulating layer 156 includes at least one of silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiN), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), and tantalum oxide (Ta 2 O 3 ).
ソース絶縁層156は、SiC半導体層102の第1主面103側からこの順に積層されたSiN層およびSiO2層を含む積層構造を有していてもよい。ソース絶縁層156は、SiC半導体層102の第1主面103側からこの順に積層されたSiO2層およびSiN層を含む積層構造を有していてもよい。ソース絶縁層156は、SiO2層またはSiN層からなる単層構造を有していてもよい。ソース絶縁層156は、この形態では、SiO2層からなる単層構造を有している。
The source insulating layer 156 may have a laminated structure including a SiN layer and a SiO 2 layer laminated in this order from the first main surface 103 side of the SiC semiconductor layer 102. The source insulating layer 156 may have a laminated structure including a SiO 2 layer and a SiN layer laminated in this order from the first main surface 103 side of the SiC semiconductor layer 102. The source insulating layer 156 may have a single layer structure made of a SiO 2 layer or a SiN layer. In this embodiment, the source insulating layer 156 has a single layer structure made of a SiO 2 layer.
ソース絶縁層156は、各ソーストレンチ155内に凹状の空間が区画されるように各ソーストレンチ155の内壁面に沿って膜状に形成されている。ソース絶縁層156は、第1領域156aおよび第2領域156bを含む。
The source insulating layer 156 is formed in the form of a film along the inner wall surface of each source trench 155 so that a concave space is defined within each source trench 155. The source insulating layer 156 includes a first region 156a and a second region 156b.
第1領域156aは、各ソーストレンチ155の側壁に沿って形成されている。第2領域156bは、各ソーストレンチ155の底壁に沿って形成されている。第1領域156aの厚さTsaは、第2領域156bの厚さTsbよりも小さい。
The first region 156a is formed along the sidewall of each source trench 155. The second region 156b is formed along the bottom wall of each source trench 155. The thickness Tsa of the first region 156a is smaller than the thickness Tsb of the second region 156b.
第1領域156aの厚さTsaに対する第2領域156bの厚さTsbの比Tsb/Tsaは、2以上5以下であってもよい。第1領域156aの厚さTsaは、0.01μm以上0.2μm以下であってもよい。第2領域156bの厚さTsbは、0.05μm以上0.5μm以下であってもよい。
The ratio Tsb/Tsa of the thickness Tsb of the second region 156b to the thickness Tsa of the first region 156a may be 2 or more and 5 or less. The thickness Tsa of the first region 156a may be 0.01 μm or more and 0.2 μm or less. The thickness Tsb of the second region 156b may be 0.05 μm or more and 0.5 μm or less.
第1領域156aの厚さTsaは、ゲート絶縁層148の第1領域156aの厚さTaとほぼ等しくてもよい。第2領域156bの厚さTsbは、ゲート絶縁層148の第2領域156bの厚さTbとほぼ等しくてもよい。むろん、一様な厚さを有するソース絶縁層156が形成されていてもよい。
The thickness Tsa of the first region 156a may be approximately equal to the thickness Ta of the first region 156a of the gate insulating layer 148. The thickness Tsb of the second region 156b may be approximately equal to the thickness Tb of the second region 156b of the gate insulating layer 148. Of course, the source insulating layer 156 may be formed to have a uniform thickness.
ソース電極層157は、ソース絶縁層156を挟んで各ソーストレンチ155に埋め込まれている。ソース電極層157は、より具体的には、各ソーストレンチ155においてソース絶縁層156によって区画された凹状の空間に埋め込まれている。ソース電極層157は、ソース電圧によって制御される。
The source electrode layer 157 is embedded in each source trench 155 with the source insulating layer 156 sandwiched therebetween. More specifically, the source electrode layer 157 is embedded in a concave space defined by the source insulating layer 156 in each source trench 155. The source electrode layer 157 is controlled by a source voltage.
ソース電極層157は、各ソーストレンチ155の開口側に位置する上端部を有している。ソース電極層157の上端部は、SiC半導体層102の第1主面103よりも下方に形成されている。ソース電極層157の上端部は、SiC半導体層102の第1主面103よりも上方に位置していてもよい。
The source electrode layer 157 has an upper end located on the opening side of each source trench 155. The upper end of the source electrode layer 157 is formed below the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102. The upper end of the source electrode layer 157 may be located above the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102.
ソース電極層157の上端部は、各ソーストレンチ155の底壁に向かって窪んだ凹湾曲状に形成されている。ソース電極層157の上端部は、SiC半導体層102の第1主面103に対して平行に形成されていてもよい。
The upper end of the source electrode layer 157 is formed in a concave curved shape recessed toward the bottom wall of each source trench 155. The upper end of the source electrode layer 157 may be formed parallel to the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102.
ソース電極層157の上端部は、ソース絶縁層156の上端部よりも上方に突出していてもよい。ソース電極層157の上端部は、ソース絶縁層156の上端部よりも下方に位置していてもよい。ソース電極層157の厚さは、0.5μm以上10μm以下(たとえば1μm程度)であってもよい。
The upper end of the source electrode layer 157 may protrude above the upper end of the source insulating layer 156. The upper end of the source electrode layer 157 may be located below the upper end of the source insulating layer 156. The thickness of the source electrode layer 157 may be 0.5 μm or more and 10 μm or less (for example, about 1 μm).
ソース電極層157は、材質的にSiCに近い性質を有するポリシリコンを含むことが好ましい。これにより、SiC半導体層102内において生じる応力を低減できる。ソース電極層157は、この形態では、p型不純物が添加されたp型ポリシリコンを含む。この場合、ゲート電極層149と同時にソース電極層157を形成できる。
The source electrode layer 157 preferably contains polysilicon having properties similar to those of SiC. This reduces the stress generated in the SiC semiconductor layer 102. In this embodiment, the source electrode layer 157 contains p-type polysilicon doped with p-type impurities. In this case, the source electrode layer 157 can be formed simultaneously with the gate electrode layer 149.
ソース電極層157のp型不純物濃度は、ボディ領域141のp型不純物濃度以上である。ソース電極層157のp型不純物濃度は、より具体的には、ボディ領域141のp型不純物濃度よりも大きい。ソース電極層157のp型不純物は、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、インジウム(In)またはガリウム(Ga)のうちの少なくとも1種を含んでいてもよい。
The p-type impurity concentration of the source electrode layer 157 is equal to or greater than the p-type impurity concentration of the body region 141. More specifically, the p-type impurity concentration of the source electrode layer 157 is greater than the p-type impurity concentration of the body region 141. The p-type impurity of the source electrode layer 157 may include at least one of boron (B), aluminum (Al), indium (In), or gallium (Ga).
ソース電極層157のp型不純物濃度は、1×1018cm-3以上1×1022cm-3以下であってもよい。ソース電極層157のシート抵抗は、10Ω/□以上500Ω/□以下(この形態では200Ω/□程度)であってもよい。
The p-type impurity concentration of the source electrode layer 157 may be 1×10 18 cm −3 or more and 1×10 22 cm −3 or less. The sheet resistance of the source electrode layer 157 may be 10 Ω/□ or more and 500 Ω/□ or less (about 200 Ω/□ in this embodiment).
ソース電極層157のp型不純物濃度は、ゲート電極層149のp型不純物濃度とほぼ等しくてもよい。ソース電極層157のシート抵抗は、ゲート電極層149のシート抵抗とほぼ等しくてもよい。
The p-type impurity concentration of the source electrode layer 157 may be approximately equal to the p-type impurity concentration of the gate electrode layer 149. The sheet resistance of the source electrode layer 157 may be approximately equal to the sheet resistance of the gate electrode layer 149.
ソース電極層157は、p型ポリシリコンに代えてまたはこれに加えて、n型ポリシリコンを含んでいてもよい。ソース電極層157は、p型ポリシリコンに代えてまたはこれに加えて、タングステン、アルミニウム、銅、アルミニウム合金または銅合金のうちの少なくとも1種を含んでいてもよい。
The source electrode layer 157 may contain n-type polysilicon instead of or in addition to p-type polysilicon. The source electrode layer 157 may contain at least one of tungsten, aluminum, copper, an aluminum alloy, or a copper alloy instead of or in addition to p-type polysilicon.
このように、SiC半導体装置101は、複数のトレンチゲート構造161および複数のトレンチソース構造162を有している。各トレンチゲート構造161は、ゲートトレンチ142、ゲート絶縁層148、ゲート電極層149を含む。各トレンチソース構造162は、ソーストレンチ155、ソース絶縁層156およびソース電極層157を含む。
As such, the SiC semiconductor device 101 has multiple trench gate structures 161 and multiple trench source structures 162. Each trench gate structure 161 includes a gate trench 142, a gate insulating layer 148, and a gate electrode layer 149. Each trench source structure 162 includes a source trench 155, a source insulating layer 156, and a source electrode layer 157.
ボディ領域141の表層部において、各ゲートトレンチ142の側壁に沿う領域には、n+型のソース領域163が形成されている。ソース領域163のn型不純物濃度は、1.0×1018cm-3以上1.0×1021cm-3以下であってもよい。ソース領域163のn型不純物は、燐(P)であってもよい。
An n + type source region 163 is formed in a surface layer portion of the body region 141 in a region along the side wall of each gate trench 142. The n-type impurity concentration of the source region 163 may be 1.0×10 18 cm −3 or more and 1.0×10 21 cm −3 or less. The n-type impurity of the source region 163 may be phosphorus (P).
ソース領域163は、各ゲートトレンチ142の一方側の側壁および他方側の側壁に沿って複数形成されている。複数のソース領域163は、第1方向Xに沿って延びる帯状にそれぞれ形成されている。
Multiple source regions 163 are formed along one sidewall and the other sidewall of each gate trench 142. Each of the multiple source regions 163 is formed in a strip shape extending along the first direction X.
複数のソース領域163は、平面視において全体としてストライプ状に形成されている。各ソース領域163は、各ゲートトレンチ142の側壁および各ソーストレンチ155の側壁から露出している。
The multiple source regions 163 are formed in a striped pattern as a whole in a plan view. Each source region 163 is exposed from the sidewall of each gate trench 142 and the sidewall of each source trench 155.
このように、SiC半導体層102の第1主面103の表層部においてゲートトレンチ142の側壁に沿う領域には、SiC半導体層102の第1主面103から第2主面104に向けてソース領域163、ボディ領域141およびドリフト領域135がこの順に形成されている。
In this way, in the surface portion of the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102, in the region along the sidewall of the gate trench 142, the source region 163, the body region 141, and the drift region 135 are formed in this order from the first main surface 103 to the second main surface 104 of the SiC semiconductor layer 102.
ボディ領域141においてゲートトレンチ142の側壁に沿う領域に、MISFETのチャネルが形成される。チャネルは、ゲートトレンチ142においてSiC単結晶のa面に面する側壁に沿う領域に形成される。チャネルのON/OFFは、ゲート電極層149によって制御される。
The channel of the MISFET is formed in the body region 141 in a region along the sidewall of the gate trench 142. The channel is formed in the region along the sidewall of the gate trench 142 that faces the a-plane of the SiC single crystal. The ON/OFF of the channel is controlled by the gate electrode layer 149.
アクティブ領域111においてSiC半導体層102の第1主面103の表層部には、複数のp+型のコンタクト領域164が形成されている。各コンタクト領域164は、平面視において互いに隣り合う2つのゲートトレンチ142の間の領域に形成されている。各コンタクト領域164は、各ソース領域163に対してゲートトレンチ142とは反対側の領域に形成されている。
In the active region 111, a plurality of p + type contact regions 164 are formed in a surface layer portion of the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102. Each contact region 164 is formed in a region between two gate trenches 142 adjacent to each other in a plan view. Each contact region 164 is formed in a region on the opposite side of each source region 163 from the gate trenches 142.
各コンタクト領域164は、各ソーストレンチ155の内壁に沿って形成されている。この形態では、複数のコンタクト領域164が、各ソーストレンチ155の内壁に沿って間隔を空けて形成されている。各コンタクト領域164は、各ゲートトレンチ142から間隔を空けて形成されている。
Each contact region 164 is formed along the inner wall of each source trench 155. In this embodiment, multiple contact regions 164 are formed at intervals along the inner wall of each source trench 155. Each contact region 164 is formed at an interval from each gate trench 142.
各コンタクト領域164のp型不純物濃度は、ボディ領域141のp型不純物濃度よりも大きい。各コンタクト領域164のp型不純物濃度は、1.0×1018cm-3以上1.0×1021cm-3以下であってもよい。各コンタクト領域164のp型不純物は、アルミニウム(Al)であってもよい。
The p-type impurity concentration of each contact region 164 is higher than the p-type impurity concentration of the body region 141. The p-type impurity concentration of each contact region 164 may be not less than 1.0×10 18 cm −3 and not more than 1.0×10 21 cm −3 . The p-type impurity of each contact region 164 may be aluminum (Al).
各コンタクト領域164は、各ソーストレンチ155の側壁および底壁を被覆している。各コンタクト領域164の底部は、各ソーストレンチ155の底壁に対して平行に形成されていてもよい。各コンタクト領域164は、より具体的には、第1表層領域164a、第2表層領域164bおよび内壁領域164cを一体的に含む。
Each contact region 164 covers the sidewall and bottom wall of each source trench 155. The bottom of each contact region 164 may be formed parallel to the bottom wall of each source trench 155. More specifically, each contact region 164 integrally includes a first surface region 164a, a second surface region 164b, and an inner wall region 164c.
第1表層領域164aは、ボディ領域141の表層部において、ソーストレンチ155の一方側の側壁を被覆している。第1表層領域164aは、ボディ領域141およびソース領域163に電気的に接続されている。
The first surface region 164a covers one sidewall of the source trench 155 in the surface portion of the body region 141. The first surface region 164a is electrically connected to the body region 141 and the source region 163.
第1表層領域164aは、ソース領域163の底部に対してSiC半導体層102の第1主面103側の領域に位置している。第1表層領域164aは、この形態では、SiC半導体層102の第1主面103に対して平行に延びる底部を有している。
The first surface region 164a is located in a region on the first main surface 103 side of the SiC semiconductor layer 102 relative to the bottom of the source region 163. In this embodiment, the first surface region 164a has a bottom that extends parallel to the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102.
第1表層領域164aの底部は、この形態では、ボディ領域141の底部およびソース領域163の底部の間の領域に位置している。第1表層領域164aの底部は、SiC半導体層102の第1主面103およびボディ領域141の底部の間の領域に位置していてもよい。
In this embodiment, the bottom of the first surface region 164a is located in the region between the bottom of the body region 141 and the bottom of the source region 163. The bottom of the first surface region 164a may also be located in the region between the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102 and the bottom of the body region 141.
第1表層領域164aは、この形態では、ソーストレンチ155から隣り合うゲートトレンチ142に向けて引き出されている。第1表層領域164aは、ゲートトレンチ142およびソーストレンチ155の間の中間領域まで延びていてもよい。第1表層領域164aは、ゲートトレンチ142からソーストレンチ155側に間隔を空けて形成されている。
In this embodiment, the first surface region 164a extends from the source trench 155 toward the adjacent gate trench 142. The first surface region 164a may extend to an intermediate region between the gate trench 142 and the source trench 155. The first surface region 164a is formed at a distance from the gate trench 142 toward the source trench 155.
第2表層領域164bは、ボディ領域141の表層部において、ソーストレンチ155の他方側の側壁を被覆している。第2表層領域164bは、ボディ領域141およびソース領域163に電気的に接続されている。
The second surface region 164b covers the other sidewall of the source trench 155 in the surface portion of the body region 141. The second surface region 164b is electrically connected to the body region 141 and the source region 163.
第2表層領域164bは、ソース領域163の底部に対してSiC半導体層102の第1主面103側の領域に位置している。第2表層領域164bは、この形態では、SiC半導体層102の第1主面103に対して平行に延びる底部を有している。
The second surface region 164b is located in a region on the first main surface 103 side of the SiC semiconductor layer 102 relative to the bottom of the source region 163. In this embodiment, the second surface region 164b has a bottom that extends parallel to the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102.
第2表層領域164bの底部は、この形態では、ボディ領域141の底部およびソース領域163の底部の間の領域に位置している。第2表層領域164bの底部は、SiC半導体層102の第1主面103およびボディ領域141の底部の間の領域に位置していてもよい。
In this embodiment, the bottom of the second surface region 164b is located in the region between the bottom of the body region 141 and the bottom of the source region 163. The bottom of the second surface region 164b may be located in the region between the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102 and the bottom of the body region 141.
第2表層領域164bは、この形態では、ソーストレンチ155の他方側の側壁から隣り合うゲートトレンチ142に向けて引き出されている。第2表層領域164bは、ソーストレンチ155およびゲートトレンチ142の間の中間領域まで延びていてもよい。第2表層領域164bは、ゲートトレンチ142からソーストレンチ155側に間隔を空けて形成されている。
In this embodiment, the second surface region 164b extends from the other sidewall of the source trench 155 toward the adjacent gate trench 142. The second surface region 164b may extend to an intermediate region between the source trench 155 and the gate trench 142. The second surface region 164b is formed at a distance from the gate trench 142 toward the source trench 155.
内壁領域164cは、第1表層領域164aおよび第2表層領域164b(ソース領域163の底部)に対してSiC半導体層102の第2主面104側の領域に位置している。内壁領域164cは、SiC半導体層102においてソーストレンチ155の内壁に沿う領域に形成されている。内壁領域164cは、ソーストレンチ155の側壁を被覆している。
The inner wall region 164c is located in a region on the second main surface 104 side of the SiC semiconductor layer 102 relative to the first surface region 164a and the second surface region 164b (the bottom of the source region 163). The inner wall region 164c is formed in a region of the SiC semiconductor layer 102 along the inner wall of the source trench 155. The inner wall region 164c covers the side wall of the source trench 155.
内壁領域164cは、ソーストレンチ155の側壁および底壁を接続する角部を被覆している。内壁領域164cは、ソーストレンチ155の側壁から角部を介してソーストレンチ155の底壁を被覆している。コンタクト領域164の底部は、内壁領域164cによって形成されている。
The inner wall region 164c covers the corners that connect the side walls and bottom walls of the source trench 155. The inner wall region 164c covers the bottom wall of the source trench 155 from the side walls of the source trench 155 through the corners. The bottom of the contact region 164 is formed by the inner wall region 164c.
SiC半導体層102の第1主面103の表層部には、複数のディープウェル領域165が形成されている。各ディープウェル領域165は、アクティブ領域111においてSiC半導体層102の耐圧を調整する耐圧調整領域(耐圧保持領域)とも称される。
A plurality of deep well regions 165 are formed in the surface layer of the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102. Each deep well region 165 is also referred to as a breakdown voltage adjustment region (breakdown voltage holding region) that adjusts the breakdown voltage of the SiC semiconductor layer 102 in the active region 111.
各ディープウェル領域165は、SiCエピタキシャル層107に形成されている。各ディープウェル領域165は、より具体的には、SiCエピタキシャル層107の高濃度領域108に形成されている。
Each deep well region 165 is formed in the SiC epitaxial layer 107. More specifically, each deep well region 165 is formed in a high concentration region 108 of the SiC epitaxial layer 107.
各ディープウェル領域165は、各コンタクト領域164を被覆するように、各ソーストレンチ155の内壁に沿って形成されている。各ディープウェル領域165は、各コンタクト領域164に電気的に接続されている。
Each deep well region 165 is formed along the inner wall of each source trench 155 so as to cover each contact region 164. Each deep well region 165 is electrically connected to each contact region 164.
各ディープウェル領域165は、平面視において各ソーストレンチ155に沿って延びる帯状に形成されている。各ディープウェル領域165は、各ソーストレンチ155の側壁を被覆している。
Each deep well region 165 is formed in a strip shape extending along each source trench 155 in a plan view. Each deep well region 165 covers the sidewall of each source trench 155.
各ディープウェル領域165は、各ソーストレンチ155の側壁および底壁を接続する角部を被覆している。各ディープウェル領域165は、各ソーストレンチ155の側壁から角部を介して各ソーストレンチ155の底壁を被覆している。各ディープウェル領域165は、各ソーストレンチ155の側壁においてボディ領域141に連なっている。
Each deep well region 165 covers the corners connecting the sidewalls and bottom wall of each source trench 155. Each deep well region 165 covers the sidewalls of each source trench 155 through the corners to the bottom wall of each source trench 155. Each deep well region 165 is connected to the body region 141 at the sidewall of each source trench 155.
各ディープウェル領域165は、各ゲートトレンチ142の底壁に対してSiC半導体層102の第2主面104側に位置する底部を有している。各ディープウェル領域165の底部は、各ソーストレンチ155の底壁に対して平行に形成されていてもよい。
Each deep well region 165 has a bottom located on the second main surface 104 side of the SiC semiconductor layer 102 relative to the bottom wall of each gate trench 142. The bottom of each deep well region 165 may be formed parallel to the bottom wall of each source trench 155.
各ディープウェル領域165のp型不純物濃度は、ボディ領域141のp型不純物濃度とほぼ等しくてもよい。各ディープウェル領域165のp型不純物濃度は、ボディ領域141のp型不純物濃度を超えていてもよい。各ディープウェル領域165のp型不純物濃度は、ボディ領域141のp型不純物濃度未満であってもよい。
The p-type impurity concentration of each deep well region 165 may be approximately equal to the p-type impurity concentration of the body region 141. The p-type impurity concentration of each deep well region 165 may be greater than the p-type impurity concentration of the body region 141. The p-type impurity concentration of each deep well region 165 may be less than the p-type impurity concentration of the body region 141.
各ディープウェル領域165のp型不純物濃度は、コンタクト領域164のp型不純物濃度以下であってもよい。各ディープウェル領域165のp型不純物濃度は、コンタクト領域164のp型不純物濃度未満であってもよい。各ディープウェル領域165のp型不純物濃度は、1.0×1017cm-3以上1.0×1019cm-3以下であってもよい。
The p-type impurity concentration of each deep well region 165 may be equal to or lower than the p-type impurity concentration of the contact region 164. The p-type impurity concentration of each deep well region 165 may be lower than the p-type impurity concentration of the contact region 164. The p-type impurity concentration of each deep well region 165 may be equal to or higher than 1.0×10 17 cm −3 and equal to or lower than 1.0×10 19 cm −3 .
各ディープウェル領域165は、SiC半導体層102(SiCエピタキシャル層107の高濃度領域108)との間でpn接合部を形成している。このpn接合部からは、互いに隣り合う複数のゲートトレンチ142の間の領域に向けて空乏層が拡がる。この空乏層は、各ゲートトレンチ142の底壁に対してSiC半導体層102の第2主面104側の領域に向けて拡がる。
Each deep well region 165 forms a pn junction with the SiC semiconductor layer 102 (high concentration region 108 of the SiC epitaxial layer 107). A depletion layer extends from this pn junction toward the region between adjacent gate trenches 142. This depletion layer extends toward the region on the second main surface 104 side of the SiC semiconductor layer 102 relative to the bottom wall of each gate trench 142.
各ディープウェル領域165から拡がる空乏層は、各ゲートトレンチ142の底壁にオーバラップしてもよい。各ディープウェル領域165の底部から拡がる空乏層が、各ゲートトレンチ142の底壁にオーバラップしてもよい。
The depletion layer extending from each deep well region 165 may overlap the bottom wall of each gate trench 142. The depletion layer extending from the bottom of each deep well region 165 may overlap the bottom wall of each gate trench 142.
図19および図21を参照して、アクティブ領域111の周縁部には、p型の周縁ディープウェル領域166が形成されている。周縁ディープウェル領域166は、SiCエピタキシャル層107に形成されている。周縁ディープウェル領域166は、より具体的には、SiCエピタキシャル層107の高濃度領域108に形成されている。
Referring to FIG. 19 and FIG. 21, a p-type peripheral deep well region 166 is formed on the periphery of the active region 111. The peripheral deep well region 166 is formed in the SiC epitaxial layer 107. More specifically, the peripheral deep well region 166 is formed in the high concentration region 108 of the SiC epitaxial layer 107.
周縁ディープウェル領域166は、各ディープウェル領域165に電気的に接続されている。周縁ディープウェル領域166は、各ディープウェル領域165と同電位を成している。周縁ディープウェル領域166は、この形態では、各ディープウェル領域165と一体的に形成されている。
The peripheral deep well region 166 is electrically connected to each deep well region 165. The peripheral deep well region 166 has the same potential as each deep well region 165. In this embodiment, the peripheral deep well region 166 is formed integrally with each deep well region 165.
周縁ディープウェル領域166は、より具体的には、アクティブ領域111の周縁部において、各ゲートトレンチ142のコンタクトトレンチ部144の内壁に沿う領域に形成されている。
More specifically, the peripheral deep well region 166 is formed in a region along the inner wall of the contact trench portion 144 of each gate trench 142 at the periphery of the active region 111.
周縁ディープウェル領域166は、各ゲートトレンチ142のコンタクトトレンチ部144の側壁を被覆している。周縁ディープウェル領域166は、各コンタクトトレンチ部144の側壁および底壁を接続する角部を被覆している。
The peripheral deep well region 166 covers the sidewalls of the contact trench portion 144 of each gate trench 142. The peripheral deep well region 166 covers the corners connecting the sidewalls and bottom wall of each contact trench portion 144.
周縁ディープウェル領域166は、各コンタクトトレンチ部144の側壁から角部を介して各コンタクトトレンチ部144の底壁を被覆している。各ディープウェル領域165は、各コンタクトトレンチ部144の側壁においてボディ領域141に連なっている。周縁ディープウェル領域166の底部は、各コンタクトトレンチ部144の底壁に対してSiC半導体層102の第2主面104側に位置している。
The peripheral deep well region 166 covers the sidewalls and corners of each contact trench portion 144 and the bottom wall of each contact trench portion 144. Each deep well region 165 is connected to the body region 141 at the sidewall of each contact trench portion 144. The bottom of the peripheral deep well region 166 is located on the second main surface 104 side of the SiC semiconductor layer 102 relative to the bottom wall of each contact trench portion 144.
周縁ディープウェル領域166は、平面視においてゲート配線層150に重なっている。周縁ディープウェル領域166は、ゲート絶縁層148(第3領域148c)を挟んでゲート配線層150に対向している。
The peripheral deep well region 166 overlaps the gate wiring layer 150 in a plan view. The peripheral deep well region 166 faces the gate wiring layer 150 with the gate insulating layer 148 (third region 148c) in between.
周縁ディープウェル領域166は、各コンタクトトレンチ部144から各アクティブトレンチ部143に引き出された引き出し部166aを含む。引き出し部166aは、SiCエピタキシャル層107の高濃度領域108に形成されている。引き出し部166aは、各アクティブトレンチ部143の側壁に沿って延び、角部を通ってアクティブトレンチ部143の底壁を被覆している。
The peripheral deep well region 166 includes an extension portion 166a that is extended from each contact trench portion 144 to each active trench portion 143. The extension portion 166a is formed in the high concentration region 108 of the SiC epitaxial layer 107. The extension portion 166a extends along the sidewall of each active trench portion 143, passes through the corners, and covers the bottom wall of the active trench portion 143.
引き出し部166aは、各ゲートトレンチ142のアクティブトレンチ部143の側壁を被覆している。引き出し部166aは、各アクティブトレンチ部143の側壁および底壁を接続する角部を被覆している。
The extension portion 166a covers the sidewalls of the active trench portion 143 of each gate trench 142. The extension portion 166a covers the corners that connect the sidewalls and bottom wall of each active trench portion 143.
引き出し部166aは、各アクティブトレンチ部143の側壁から角部を介して各アクティブトレンチ部143の底壁を被覆している。引き出し部166aは、各アクティブトレンチ部143の側壁においてボディ領域141に連なっている。引き出し部166aの底部は、各アクティブトレンチ部143の底壁に対してSiC半導体層102の第2主面104側に位置している。
The extension portion 166a covers the sidewalls and the bottom wall of each active trench portion 143 through the corners of each active trench portion 143. The extension portion 166a is connected to the body region 141 at the sidewall of each active trench portion 143. The bottom of the extension portion 166a is located on the second main surface 104 side of the SiC semiconductor layer 102 relative to the bottom wall of each active trench portion 143.
周縁ディープウェル領域166のp型不純物濃度は、ボディ領域141のp型不純物濃度とほぼ等しくてもよい。周縁ディープウェル領域166のp型不純物濃度は、ボディ領域141のp型不純物濃度を超えていてもよい。周縁ディープウェル領域166のp型不純物濃度は、ボディ領域141のp型不純物濃度未満であってもよい。
The p-type impurity concentration of the peripheral deep well region 166 may be approximately equal to the p-type impurity concentration of the body region 141. The p-type impurity concentration of the peripheral deep well region 166 may be greater than the p-type impurity concentration of the body region 141. The p-type impurity concentration of the peripheral deep well region 166 may be less than the p-type impurity concentration of the body region 141.
周縁ディープウェル領域166のp型不純物濃度は、各ディープウェル領域165のp型不純物濃度とほぼ等しくてもよい。周縁ディープウェル領域166のp型不純物濃度は、各ディープウェル領域165のp型不純物濃度を超えていてもよい。周縁ディープウェル領域166のp型不純物濃度は、各ディープウェル領域165のp型不純物濃度未満であってもよい。
The p-type impurity concentration of the peripheral deep well region 166 may be approximately equal to the p-type impurity concentration of each deep well region 165. The p-type impurity concentration of the peripheral deep well region 166 may be greater than the p-type impurity concentration of each deep well region 165. The p-type impurity concentration of the peripheral deep well region 166 may be less than the p-type impurity concentration of each deep well region 165.
周縁ディープウェル領域166のp型不純物濃度は、コンタクト領域164のp型不純物濃度以下であってもよい。周縁ディープウェル領域166のp型不純物濃度は、コンタクト領域164のp型不純物濃度未満であってもよい。周縁ディープウェル領域166のp型不純物濃度は、1.0×1017cm-3以上1.0×1019cm-3以下であってもよい。
The p-type impurity concentration of the peripheral deep well region 166 may be equal to or lower than the p-type impurity concentration of the contact region 164. The p-type impurity concentration of the peripheral deep well region 166 may be lower than the p-type impurity concentration of the contact region 164. The p-type impurity concentration of the peripheral deep well region 166 may be equal to or higher than 1.0×10 17 cm −3 and equal to or lower than 1.0×10 19 cm −3 .
pn接合ダイオードだけを備えるSiC半導体装置では、トレンチを備えていないという構造上、SiC半導体層102内における電界集中の問題は少ない。各ディープウェル領域165(周縁ディープウェル領域166)は、トレンチゲート型のMISFETをpn接合ダイオードの構造に近づける。
In a SiC semiconductor device that has only a pn junction diode, the problem of electric field concentration in the SiC semiconductor layer 102 is minimal because the device does not have a trench. Each deep well region 165 (peripheral deep well region 166) brings the trench gate type MISFET closer to the structure of a pn junction diode.
これにより、トレンチゲート型のMISFETにおいて、SiC半導体層102内における電界を緩和できる。したがって、互いに隣り合う複数のディープウェル領域165の間のピッチを狭めることは、電界集中を緩和する上で有効である。
This allows the electric field in the SiC semiconductor layer 102 to be alleviated in a trench-gate MISFET. Therefore, narrowing the pitch between adjacent deep well regions 165 is effective in alleviating electric field concentration.
また、各ゲートトレンチ142の底壁に対してSiC半導体層102の第2主面104側に底部を有する各ディープウェル領域165によれば、空乏層によって、各ゲートトレンチ142に対する電界集中を適切に緩和できる。
In addition, each deep well region 165 has a bottom on the second main surface 104 side of the SiC semiconductor layer 102 relative to the bottom wall of each gate trench 142, and the depletion layer can appropriately reduce electric field concentration in each gate trench 142.
各ディープウェル領域165の底部およびSiC半導体層102の第2主面104の間の距離は、ほぼ一定であることが好ましい。これにより、各ディープウェル領域165の底部およびSiC半導体層102の第2主面104の間の距離にバラツキが生じるのを抑制できる。
It is preferable that the distance between the bottom of each deep well region 165 and the second main surface 104 of the SiC semiconductor layer 102 is approximately constant. This makes it possible to suppress variation in the distance between the bottom of each deep well region 165 and the second main surface 104 of the SiC semiconductor layer 102.
よって、SiC半導体層102の耐圧(たとえば破壊耐量)が、各ディープウェル領域165の形態によって制限を受けることを抑制できるから、耐圧の向上を適切に図ることができる。
This makes it possible to prevent the breakdown voltage (e.g., breakdown resistance) of the SiC semiconductor layer 102 from being limited by the shape of each deep well region 165, thereby enabling the breakdown voltage to be appropriately improved.
この形態では、互いに隣り合う複数のディープウェル領域165の間の領域に、SiCエピタキシャル層107の高濃度領域108が介在している。これにより、互いに隣り合う複数のディープウェル領域165の間の領域において、JFET(Junction Field Effect Transistor)抵抗を低減できる。
In this embodiment, a high concentration region 108 of the SiC epitaxial layer 107 is interposed between adjacent deep well regions 165. This reduces the JFET (Junction Field Effect Transistor) resistance in the region between adjacent deep well regions 165.
さらに、この形態では、各ディープウェル領域165の底部がSiCエピタキシャル層107の高濃度領域108内に位置している。これにより、各ディープウェル領域165の底部からSiC半導体層102の第1主面103に対して平行な横方向に電流経路を拡張できる。これにより、電流拡がり抵抗を低減できる。SiCエピタキシャル層107の低濃度領域109は、このような構造において、SiC半導体層102の耐圧を高める。
Furthermore, in this embodiment, the bottom of each deep well region 165 is located within the high concentration region 108 of the SiC epitaxial layer 107. This allows the current path to extend from the bottom of each deep well region 165 in a lateral direction parallel to the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102. This reduces the current spreading resistance. In this structure, the low concentration region 109 of the SiC epitaxial layer 107 increases the breakdown voltage of the SiC semiconductor layer 102.
ソーストレンチ155を形成することにより、ソーストレンチ155の内壁に対してp型不純物を導入できる。これにより、ソーストレンチ155に対して各ディープウェル領域165をコンフォーマルに形成できるから、各ディープウェル領域165の深さにバラツキが生じるのを適切に抑制できる。また、各ソーストレンチ155を利用することにより、SiC半導体層102の比較的深い領域に、各ディープウェル領域165を適切に形成できる。
By forming the source trenches 155, p-type impurities can be introduced into the inner walls of the source trenches 155. This allows each deep well region 165 to be formed conformally to the source trenches 155, making it possible to appropriately suppress variations in the depth of each deep well region 165. In addition, by using each source trench 155, each deep well region 165 can be appropriately formed in a relatively deep region of the SiC semiconductor layer 102.
図22を参照して、ゲート電極層149の上には、低抵抗電極層167が形成されている。低抵抗電極層167は、各ゲートトレンチ142内において、ゲート電極層149の上端部を被覆している。
Referring to FIG. 22, a low resistance electrode layer 167 is formed on the gate electrode layer 149. The low resistance electrode layer 167 covers the upper end of the gate electrode layer 149 in each gate trench 142.
低抵抗電極層167は、ゲート電極層149のシート抵抗未満のシート抵抗を有する導電材料を含む。低抵抗電極層167のシート抵抗は、0.01Ω/□以上10Ω/□以下であってもよい。
The low resistance electrode layer 167 includes a conductive material having a sheet resistance less than the sheet resistance of the gate electrode layer 149. The sheet resistance of the low resistance electrode layer 167 may be 0.01 Ω/□ or more and 10 Ω/□ or less.
低抵抗電極層167は、膜状に形成されている。低抵抗電極層167は、ゲート電極層149の上端部に接する接続部167aおよびその反対の非接続部167bを有している。低抵抗電極層167の接続部167aおよび非接続部167bは、ゲート電極層149の上端部に倣って凹湾曲状に形成されていてもよい。低抵抗電極層167の接続部167aおよび非接続部167bは、種々の形態を採り得る。
The low resistance electrode layer 167 is formed in a film shape. The low resistance electrode layer 167 has a connection portion 167a that contacts the upper end of the gate electrode layer 149 and a non-connection portion 167b on the opposite side. The connection portion 167a and the non-connection portion 167b of the low resistance electrode layer 167 may be formed in a concave curved shape following the upper end of the gate electrode layer 149. The connection portion 167a and the non-connection portion 167b of the low resistance electrode layer 167 may take various forms.
低抵抗電極層167の接続部167aの全体がSiC半導体層102の第1主面103よりも上方に位置していてもよい。低抵抗電極層167の接続部167aの全体がSiC半導体層102の第1主面103よりも下方に位置していてもよい。
The entire connection portion 167a of the low resistance electrode layer 167 may be located above the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102. The entire connection portion 167a of the low resistance electrode layer 167 may be located below the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102.
低抵抗電極層167の接続部167aは、SiC半導体層102の第1主面103よりも上方に位置する部分を含んでいてもよい。低抵抗電極層167の接続部167aは、SiC半導体層102の第1主面103よりも下方に位置する部分を含んでいてもよい。
The connection portion 167a of the low resistance electrode layer 167 may include a portion located above the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102. The connection portion 167a of the low resistance electrode layer 167 may include a portion located below the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102.
たとえば、低抵抗電極層167の接続部167aの中央部がSiC半導体層102の第1主面103よりも下方に位置し、低抵抗電極層167の接続部167aの周縁部がSiC半導体層102の第1主面103よりも上方に位置していてもよい。
For example, the center of the connection portion 167a of the low resistance electrode layer 167 may be located below the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102, and the peripheral portion of the connection portion 167a of the low resistance electrode layer 167 may be located above the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102.
低抵抗電極層167の非接続部167bの全体がSiC半導体層102の第1主面103よりも上方に位置していてもよい。低抵抗電極層167の非接続部167bの全体がSiC半導体層102の第1主面103よりも下方に位置していてもよい。
The entire non-connected portion 167b of the low resistance electrode layer 167 may be located above the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102. The entire non-connected portion 167b of the low resistance electrode layer 167 may be located below the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102.
低抵抗電極層167の非接続部167bは、SiC半導体層102の第1主面103よりも上方に位置する部分を含んでいてもよい。低抵抗電極層167の非接続部167bは、SiC半導体層102の第1主面103よりも下方に位置する部分を含んでいてもよい。
The non-connected portion 167b of the low resistance electrode layer 167 may include a portion located above the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102. The non-connected portion 167b of the low resistance electrode layer 167 may include a portion located below the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102.
たとえば、低抵抗電極層167の非接続部167bの中央部がSiC半導体層102の第1主面103よりも下方に位置し、低抵抗電極層167の非接続部167bの周縁部がSiC半導体層102の第1主面103よりも上方に位置していてもよい。
For example, the center of the non-connected portion 167b of the low resistance electrode layer 167 may be located below the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102, and the peripheral portion of the non-connected portion 167b of the low resistance electrode layer 167 may be located above the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102.
低抵抗電極層167は、ゲート絶縁層148に接する縁部167cを有している。低抵抗電極層167の縁部167cは、ゲート絶縁層148において第1領域148aおよび第2領域148bを接続する角部に接している。
The low resistance electrode layer 167 has an edge 167c that contacts the gate insulating layer 148. The edge 167c of the low resistance electrode layer 167 contacts a corner of the gate insulating layer 148 that connects the first region 148a and the second region 148b.
低抵抗電極層167の縁部167cは、ゲート絶縁層148の第3領域148cに接している。低抵抗電極層167の縁部167cは、より具体的には、ゲート絶縁層148の膨出部148dに接している。
The edge 167c of the low resistance electrode layer 167 is in contact with the third region 148c of the gate insulating layer 148. More specifically, the edge 167c of the low resistance electrode layer 167 is in contact with the bulge 148d of the gate insulating layer 148.
低抵抗電極層167の縁部167cは、ソース領域163の底部に対してSiC半導体層102の第1主面103側の領域に形成されている。低抵抗電極層167の縁部167cは、ボディ領域141およびソース領域163の間の境界領域よりもSiC半導体層102の第1主面103側の領域に形成されている。
The edge portion 167c of the low resistance electrode layer 167 is formed in a region on the first main surface 103 side of the SiC semiconductor layer 102 relative to the bottom of the source region 163. The edge portion 167c of the low resistance electrode layer 167 is formed in a region on the first main surface 103 side of the SiC semiconductor layer 102 relative to the boundary region between the body region 141 and the source region 163.
したがって、低抵抗電極層167の縁部167cは、ゲート絶縁層148を挟んでソース領域163に対向している。低抵抗電極層167の縁部167cは、ゲート絶縁層148を挟んでボディ領域141とは対向していない。
Therefore, the edge 167c of the low resistance electrode layer 167 faces the source region 163 across the gate insulating layer 148. The edge 167c of the low resistance electrode layer 167 does not face the body region 141 across the gate insulating layer 148.
これにより、ゲート絶縁層148における低抵抗電極層167およびボディ領域141の間の領域において電流パスが形成されることを抑制できる。電流パスは、ゲート絶縁層148に対する低抵抗電極層167の電極材料の不所望な拡散によって形成され得る。
This makes it possible to prevent a current path from being formed in the region between the low resistance electrode layer 167 and the body region 141 in the gate insulating layer 148. The current path may be formed by undesired diffusion of the electrode material of the low resistance electrode layer 167 into the gate insulating layer 148.
特に、低抵抗電極層167の縁部167cを、比較的厚いゲート絶縁層148の第3領域148c(ゲート絶縁層148の角部)に接続させる設計は、電流パスが形成されるリスクを低減する上で有効である。
In particular, a design that connects the edge 167c of the low resistance electrode layer 167 to the third region 148c (corner of the gate insulation layer 148) of the relatively thick gate insulation layer 148 is effective in reducing the risk of a current path being formed.
法線方向Zに関して、低抵抗電極層167の厚さTrは、ゲート電極層149の厚さTG以下(Tr≦TG)である。低抵抗電極層167の厚さTrは、ゲート電極層149の厚さTG未満(Tr<TG)であることが好ましい。低抵抗電極層167の厚さTrは、より具体的には、ゲート電極層149の厚さTGの半分以下(Tr≦TG/2)であることが好ましい。
In the normal direction Z, the thickness Tr of the low resistance electrode layer 167 is equal to or less than the thickness TG of the gate electrode layer 149 (Tr≦TG). The thickness Tr of the low resistance electrode layer 167 is preferably less than the thickness TG of the gate electrode layer 149 (Tr<TG). More specifically, the thickness Tr of the low resistance electrode layer 167 is preferably equal to or less than half the thickness TG of the gate electrode layer 149 (Tr≦TG/2).
ゲート電極層149の厚さTGに対する低抵抗電極層167の厚さTrの比Tr/TGは、0.01以上1以下である。ゲート電極層149の厚さTGは、0.5μm以上3μm以下であってもよい。低抵抗電極層167の厚さTrは、0.01μm以上3μm以下であってもよい。
The ratio Tr/TG of the thickness Tr of the low resistance electrode layer 167 to the thickness TG of the gate electrode layer 149 is 0.01 or more and 1 or less. The thickness TG of the gate electrode layer 149 may be 0.5 μm or more and 3 μm or less. The thickness Tr of the low resistance electrode layer 167 may be 0.01 μm or more and 3 μm or less.
各ゲートトレンチ142内に供給された電流は、比較的低いシート抵抗を有する低抵抗電極層167を流れ、ゲート電極層149の全体に伝達される。これにより、ゲート電極層149の全体(アクティブ領域111の全域)を速やかにオフ状態からオン状態に移行させることができるから、スイッチング応答の遅延を抑制できる。
The current supplied to each gate trench 142 flows through the low resistance electrode layer 167, which has a relatively low sheet resistance, and is transmitted to the entire gate electrode layer 149. This allows the entire gate electrode layer 149 (the entire active region 111) to be quickly transitioned from the OFF state to the ON state, thereby suppressing delays in the switching response.
特に、ミリメートルオーダの長さ(1mm以上の長さ)を有するゲートトレンチ142の場合には、電流の伝達に時間を要するが、低抵抗電極層167によればスイッチング応答の遅延を適切に抑制できる。つまり、低抵抗電極層167は、各ゲートトレンチ142内に電流を拡散する電流拡散電極層として形成されている。
In particular, in the case of gate trenches 142 having a length on the order of millimeters (length of 1 mm or more), it takes time for the current to be transmitted, but the low-resistance electrode layer 167 can appropriately suppress delays in the switching response. In other words, the low-resistance electrode layer 167 is formed as a current diffusion electrode layer that diffuses the current within each gate trench 142.
また、セル構造の微細化が進むと、ゲート電極層149の幅、深さ、断面積等が小さくなるため、各ゲートトレンチ142内における電気抵抗の増加に起因するスイッチング応答の遅延が懸念される。
In addition, as the cell structure becomes finer, the width, depth, cross-sectional area, etc. of the gate electrode layer 149 become smaller, which raises concerns about delayed switching response due to increased electrical resistance within each gate trench 142.
しかし、低抵抗電極層167によれば、ゲート電極層149の全体を速やかにオフ状態からオン状態に移行させることができるから、微細化に起因するスイッチング応答の遅延を適切に抑制できる。
However, the low-resistance electrode layer 167 allows the entire gate electrode layer 149 to be quickly switched from the OFF state to the ON state, so that delays in switching response caused by miniaturization can be appropriately suppressed.
図21を参照して、低抵抗電極層167は、この形態では、ゲート配線層150の上端部も被覆している。低抵抗電極層167においてゲート配線層150の上端部を被覆する部分は、低抵抗電極層167においてゲート電極層149の上端部を被覆する部分と一体的に形成されている。これにより、低抵抗電極層167は、ゲート電極層149の全域およびゲート配線層150の全域を被覆している。
Referring to FIG. 21, in this embodiment, the low resistance electrode layer 167 also covers the upper end of the gate wiring layer 150. The portion of the low resistance electrode layer 167 that covers the upper end of the gate wiring layer 150 is integrally formed with the portion of the low resistance electrode layer 167 that covers the upper end of the gate electrode layer 149. As a result, the low resistance electrode layer 167 covers the entire area of the gate electrode layer 149 and the entire area of the gate wiring layer 150.
したがって、ゲートパッド116およびゲートフィンガー117,118からゲート配線層150に供給される電流は、比較的低いシート抵抗を有する低抵抗電極層167を介してゲート電極層149およびゲート配線層150の全体に伝達される。
Therefore, the current supplied to the gate wiring layer 150 from the gate pad 116 and the gate fingers 117 and 118 is transmitted to the entire gate electrode layer 149 and the gate wiring layer 150 via the low resistance electrode layer 167, which has a relatively low sheet resistance.
これにより、ゲート配線層150を介してゲート電極層149の全体(アクティブ領域111の全域)を速やかにオフ状態からオン状態に移行させることができるから、スイッチング応答の遅延を抑制できる。
This allows the entire gate electrode layer 149 (the entire active region 111) to be quickly transitioned from an OFF state to an ON state via the gate wiring layer 150, thereby suppressing delays in the switching response.
特に、ミリメートルオーダの長さを有するゲートトレンチ142の場合には、ゲート配線層150の上端部を被覆する低抵抗電極層167によってスイッチング応答の遅延を適切に抑制できる。
In particular, in the case of a gate trench 142 having a length on the order of millimeters, the low resistance electrode layer 167 covering the upper end of the gate wiring layer 150 can appropriately suppress delays in the switching response.
低抵抗電極層167は、ポリサイド層を含む。ポリサイド層は、ゲート電極層149の表層部を形成する部分が金属材料によってシリサイド化されることによって形成されている。ポリサイド層は、より具体的には、ゲート電極層149(p型ポリシリコン)に添加されたp型不純物を含むp型ポリサイド層からなる。ポリサイド層は、10μΩ・cm以上110μΩ・cm以下の比抵抗を有していることが好ましい。
The low resistance electrode layer 167 includes a polycide layer. The polycide layer is formed by silicidating the portion forming the surface layer of the gate electrode layer 149 with a metal material. More specifically, the polycide layer is made of a p-type polycide layer containing p-type impurities added to the gate electrode layer 149 (p-type polysilicon). The polycide layer preferably has a resistivity of 10 μΩ·cm or more and 110 μΩ·cm or less.
ゲート電極層149および低抵抗電極層167が埋め込まれたゲートトレンチ142内のシート抵抗は、ゲート電極層149単体のシート抵抗以下である。ゲートトレンチ142内のシート抵抗は、n型不純物が添加されたn型ポリシリコンのシート抵抗以下であることが好ましい。
The sheet resistance in the gate trench 142 in which the gate electrode layer 149 and the low resistance electrode layer 167 are embedded is equal to or less than the sheet resistance of the gate electrode layer 149 alone. It is preferable that the sheet resistance in the gate trench 142 is equal to or less than the sheet resistance of n-type polysilicon doped with n-type impurities.
ゲートトレンチ142内のシート抵抗は、低抵抗電極層167のシート抵抗に近似される。つまり、ゲートトレンチ142内のシート抵抗は、0.01Ω/□以上10Ω/□以下であってもよい。ゲートトレンチ142内のシート抵抗は、10Ω/□未満であることが好ましい。
The sheet resistance in the gate trench 142 is approximated to the sheet resistance of the low resistance electrode layer 167. That is, the sheet resistance in the gate trench 142 may be 0.01 Ω/□ or more and 10 Ω/□ or less. It is preferable that the sheet resistance in the gate trench 142 is less than 10 Ω/□.
低抵抗電極層167は、TiSi、TiSi2、NiSi、CoSi、CoSi2、MoSi2またはWSi2のうちの少なくとも1種を含んでいてもよい。とりわけ、これらの種のうちのNiSi、CoSi2およびTiSi2は、比抵抗の値および温度依存性が比較的小さいことから、低抵抗電極層167を形成するポリサイド層として適している。
The low resistance electrode layer 167 may contain at least one of TiSi, TiSi 2 , NiSi, CoSi, CoSi 2 , MoSi 2 , and WSi 2. Among these species, NiSi, CoSi 2 and TiSi 2 are particularly suitable as a polycide layer forming the low resistance electrode layer 167 because they have relatively small resistivity values and temperature dependences.
SiC半導体層102の第1主面103において、ソース電極層157の上端部に沿う領域には、各ソーストレンチ155に連通するソースサブトレンチ168が形成されている。ソースサブトレンチ168は、各ソーストレンチ155の側壁の一部を形成している。
In the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102, a source sub-trench 168 that communicates with each source trench 155 is formed in a region along the upper end of the source electrode layer 157. The source sub-trench 168 forms part of the sidewall of each source trench 155.
ソースサブトレンチ168は、この形態では、平面視においてソース電極層157の上端部を取り囲む無端状(この形態では四角環状)に形成されている。ソースサブトレンチ168は、ソース電極層157の上端部を縁取っている。
In this embodiment, the source sub-trench 168 is formed endlessly (in this embodiment, in a square ring shape) surrounding the upper end of the source electrode layer 157 in a plan view. The source sub-trench 168 borders the upper end of the source electrode layer 157.
ソースサブトレンチ168は、ソース絶縁層156の一部を掘り下げることによって形成されている。ソースサブトレンチ168は、より具体的には、SiC半導体層102の第1主面103からソース絶縁層156の上端部およびソース電極層157の上端部を掘り下げることによって形成されている。
The source sub-trench 168 is formed by digging down a portion of the source insulating layer 156. More specifically, the source sub-trench 168 is formed by digging down the upper end of the source insulating layer 156 and the upper end of the source electrode layer 157 from the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102.
ソース電極層157の上端部は、ソース電極層157の下端部に対して内側に括れた形状を有している。ソース電極層157の下端部は、ソース電極層157において各ソーストレンチ155の底壁側に位置する部分である。ソース電極層157の上端部の第1方向幅は、ソース電極層157の下端部の第1方向幅未満であってもよい。
The upper end of the source electrode layer 157 has a shape that is narrowed inward relative to the lower end of the source electrode layer 157. The lower end of the source electrode layer 157 is a portion of the source electrode layer 157 that is located on the bottom wall side of each source trench 155. The width in the first direction of the upper end of the source electrode layer 157 may be less than the width in the first direction of the lower end of the source electrode layer 157.
ソースサブトレンチ168は、断面視において底面積が開口面積よりも小さい先細り形状に形成されている。ソースサブトレンチ168の底壁は、SiC半導体層102の第2主面104に向かう凸湾曲状に形成されていてもよい。
The source sub-trench 168 is formed in a tapered shape in which the bottom area is smaller than the opening area in a cross-sectional view. The bottom wall of the source sub-trench 168 may be formed in a convex curved shape toward the second main surface 104 of the SiC semiconductor layer 102.
ソースサブトレンチ168の内壁からは、ソース領域163、コンタクト領域164、ソース絶縁層156およびソース電極層157が露出している。ソースサブトレンチ168の内壁からは、コンタクト領域164の第1表層領域164aおよび第2表層領域164bが露出している。
The source region 163, the contact region 164, the source insulating layer 156, and the source electrode layer 157 are exposed from the inner wall of the source sub-trench 168. The first surface region 164a and the second surface region 164b of the contact region 164 are exposed from the inner wall of the source sub-trench 168.
ソースサブトレンチ168の底壁からは、少なくともソース絶縁層156の第1領域156aが露出している。ソース絶縁層156において第1領域156aの上端部は、SiC半導体層102の第1主面103よりも下方に位置している。
At least the first region 156a of the source insulating layer 156 is exposed from the bottom wall of the source sub-trench 168. The upper end of the first region 156a of the source insulating layer 156 is located below the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102.
各ソーストレンチ155の開口エッジ部169は、SiC半導体層102の第1主面103から各ソーストレンチ155の内方に向かって下り傾斜した傾斜部170を含む。各ソーストレンチ155の開口エッジ部169は、SiC半導体層102の第1主面103および各ソーストレンチ155の側壁を接続する角部である。各ソーストレンチ155の傾斜部170は、ソースサブトレンチ168によって形成されている。
The opening edge portion 169 of each source trench 155 includes a slope portion 170 that slopes downward from the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102 toward the inside of each source trench 155. The opening edge portion 169 of each source trench 155 is a corner portion that connects the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102 and the sidewall of each source trench 155. The slope portion 170 of each source trench 155 is formed by a source sub-trench 168.
傾斜部170は、この形態では、SiC半導体層102の内方に向かう凹湾曲状に形成されている。傾斜部170は、ソースサブトレンチ168の内方に向かう凸湾曲状に形成されていてもよい。傾斜部170は、各ソーストレンチ155の開口エッジ部169に対する電界集中を緩和する。
In this embodiment, the inclined portion 170 is formed in a concave curved shape toward the inside of the SiC semiconductor layer 102. The inclined portion 170 may be formed in a convex curved shape toward the inside of the source sub-trench 168. The inclined portion 170 reduces electric field concentration at the opening edge portion 169 of each source trench 155.
図23および図24を参照して、アクティブ領域111は、SiC半導体層102の第1主面103の一部を形成するアクティブ主面171を有している。外側領域112は、SiC半導体層102の第1主面103の一部を形成する外側主面172を有している。外側主面172は、この形態では、SiC半導体層102の側面105A~105Dに接続されている。
23 and 24, the active region 111 has an active main surface 171 that forms part of the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102. The outer region 112 has an outer main surface 172 that forms part of the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102. In this embodiment, the outer main surface 172 is connected to the side surfaces 105A to 105D of the SiC semiconductor layer 102.
アクティブ主面171および外側主面172は、SiC単結晶のc面にそれぞれ面している。また、アクティブ主面171および外側主面172は、SiC単結晶のc面に対して[11-20]方向に傾斜したオフ角θをそれぞれ有している。
The active principal surface 171 and the outer principal surface 172 each face the c-plane of the SiC single crystal. In addition, the active principal surface 171 and the outer principal surface 172 each have an off angle θ inclined in the [11-20] direction with respect to the c-plane of the SiC single crystal.
外側主面172は、アクティブ主面171に対してSiC半導体層102の第2主面104側に位置している。外側領域112は、この形態では、SiC半導体層102の第1主面103を第2主面104側に掘り下げることによって形成されている。したがって、外側主面172は、アクティブ主面171に対してSiC半導体層102の第2主面104側に窪んだ領域に形成されている。
The outer principal surface 172 is located on the second principal surface 104 side of the SiC semiconductor layer 102 relative to the active principal surface 171. In this embodiment, the outer region 112 is formed by digging the first principal surface 103 of the SiC semiconductor layer 102 toward the second principal surface 104 side. Therefore, the outer principal surface 172 is formed in a region recessed toward the second principal surface 104 side of the SiC semiconductor layer 102 relative to the active principal surface 171.
外側主面172は、各ゲートトレンチ142の底壁に対してSiC半導体層102の第2主面104側に位置していてもよい。外側主面172は、各ソーストレンチ155の底壁とほぼ等しい深さ位置に形成されていてもよい。外側主面172は、各ソーストレンチ155の底壁とほぼ同一平面上に位置していてもよい。
The outer major surface 172 may be located on the second major surface 104 side of the SiC semiconductor layer 102 relative to the bottom wall of each gate trench 142. The outer major surface 172 may be formed at a depth position approximately equal to the bottom wall of each source trench 155. The outer major surface 172 may be located on approximately the same plane as the bottom wall of each source trench 155.
外側主面172およびSiC半導体層102の第2主面104の間の距離は、各ソーストレンチ155の底壁およびSiC半導体層102の第2主面104の間の距離とほぼ等しくてもよい。
The distance between the outer major surface 172 and the second major surface 104 of the SiC semiconductor layer 102 may be approximately equal to the distance between the bottom wall of each source trench 155 and the second major surface 104 of the SiC semiconductor layer 102.
外側主面172は、各ソーストレンチ155の底壁に対してSiC半導体層102の第2主面104側に位置していてもよい。外側主面172は、各ソーストレンチ155の底壁に対して、0μm以上1μm以下の範囲で、SiC半導体層102の第2主面104側に位置していてもよい。
The outer major surface 172 may be located on the second major surface 104 side of the SiC semiconductor layer 102 relative to the bottom wall of each source trench 155. The outer major surface 172 may be located on the second major surface 104 side of the SiC semiconductor layer 102 within a range of 0 μm to 1 μm relative to the bottom wall of each source trench 155.
SiCエピタキシャル層107は、外側主面172から露出している。より具体的には、SiCエピタキシャル層107の高濃度領域108が、外側領域112の外側主面172から露出している。外側主面172は、SiCエピタキシャル層107の高濃度領域108を挟んでSiCエピタキシャル層107の低濃度領域109と対向している。
The SiC epitaxial layer 107 is exposed from the outer major surface 172. More specifically, the high concentration region 108 of the SiC epitaxial layer 107 is exposed from the outer major surface 172 of the outer region 112. The outer major surface 172 faces the low concentration region 109 of the SiC epitaxial layer 107 across the high concentration region 108 of the SiC epitaxial layer 107.
アクティブ領域111は、この形態では、外側領域112によって台地状に区画されている。アクティブ領域111は、外側領域112よりも上方に向かって突出した台地状のアクティブ台地173として形成されている。
In this embodiment, the active region 111 is partitioned into a plateau shape by the outer region 112. The active region 111 is formed as an active plateau 173 that protrudes upward from the outer region 112.
アクティブ台地173は、アクティブ主面171および外側主面172を接続するアクティブ側壁174を含む。アクティブ側壁174は、アクティブ領域111および外側領域112の間の境界領域を区画している。SiC半導体層102の第1主面103は、アクティブ主面171、外側主面172およびアクティブ側壁174によって形成されている。
The active plateau 173 includes an active sidewall 174 that connects the active main surface 171 and the outer main surface 172. The active sidewall 174 defines a boundary region between the active region 111 and the outer region 112. The first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102 is formed by the active main surface 171, the outer main surface 172, and the active sidewall 174.
アクティブ側壁174は、この形態では、アクティブ主面171(外側主面172)の法線方向Zに沿って延びている。アクティブ側壁174は、SiC単結晶のm面およびa面によって形成されている。
In this embodiment, the active sidewall 174 extends along the normal direction Z of the active main surface 171 (outer main surface 172). The active sidewall 174 is formed by the m-plane and a-plane of the SiC single crystal.
アクティブ側壁174は、アクティブ主面171から外側主面172に向かって下り傾斜した傾斜面を有していてもよい。アクティブ側壁174の傾斜角度は、SiC半導体層102内においてアクティブ側壁174がアクティブ主面171との間で形成する角度である。
The active sidewall 174 may have an inclined surface that slopes downward from the active main surface 171 toward the outer main surface 172. The inclination angle of the active sidewall 174 is the angle that the active sidewall 174 forms with the active main surface 171 within the SiC semiconductor layer 102.
この場合、アクティブ側壁174の傾斜角度は、90°を超えて135°以下であってもよい。アクティブ側壁174の傾斜角度は、90°を超えて95°以下、95°以上100°以下、100°以上110°以下、110°以上120°以下または120°以上135°以下であってもよい。アクティブ側壁174の傾斜角度は、90°を超えて95°以下であることが好ましい。
In this case, the inclination angle of the active sidewall 174 may be greater than 90° and less than or equal to 135°. The inclination angle of the active sidewall 174 may be greater than 90° and less than or equal to 95°, greater than or equal to 95° and less than or equal to 100°, greater than or equal to 100° and less than or equal to 110°, greater than or equal to 110° and less than or equal to 120°, or greater than or equal to 120° and less than or equal to 135°. It is preferable that the inclination angle of the active sidewall 174 is greater than 90° and less than or equal to 95°.
アクティブ側壁174からは、SiCエピタキシャル層107が露出している。より具体的には、SiCエピタキシャル層107の高濃度領域108が、アクティブ側壁174から露出している。
The SiC epitaxial layer 107 is exposed from the active sidewall 174. More specifically, the high concentration region 108 of the SiC epitaxial layer 107 is exposed from the active sidewall 174.
アクティブ側壁174においてアクティブ主面171側の領域からは、少なくともボディ領域141が露出している。図23および図24では、アクティブ側壁174からボディ領域141およびソース領域163が露出している形態例が示されている。
At least the body region 141 is exposed from the region of the active sidewall 174 on the active main surface 171 side. Figures 23 and 24 show an example in which the body region 141 and the source region 163 are exposed from the active sidewall 174.
外側領域112において、SiC半導体層102の第1主面103(外側主面172)の表層部には、p+型のダイオード領域181(不純物領域)、p型の外側ディープウェル領域182およびp型のフィールドリミット構造183が形成されている。
In the outer region 112, a p + type diode region 181 (impurity region), a p-type outer deep well region 182, and a p-type field limit structure 183 are formed in the surface layer portion of the first main surface 103 (outer main surface 172) of the SiC semiconductor layer 102.
ダイオード領域181は、外側領域112においてアクティブ側壁174およびSiC半導体層102の側面105A~105Dの間の領域に形成されている。ダイオード領域181は、アクティブ側壁174および側面105A~105Dから間隔を空けて形成されている。
The diode region 181 is formed in the outer region 112 in the region between the active sidewall 174 and the side surfaces 105A-105D of the SiC semiconductor layer 102. The diode region 181 is formed at a distance from the active sidewall 174 and the side surfaces 105A-105D.
ダイオード領域181は、平面視においてアクティブ領域111に沿って帯状に延びている。ダイオード領域181は、この形態では、平面視においてアクティブ領域111を取り囲む無端状(この形態では四角環状)に形成されている。
The diode region 181 extends in a band shape along the active region 111 in a plan view. In this embodiment, the diode region 181 is formed in an endless shape (a square ring shape in this embodiment) surrounding the active region 111 in a plan view.
ダイオード領域181は、平面視においてソース引き回し配線123と重なっている。ダイオード領域181は、ソース引き回し配線123に電気的に接続されている。ダイオード領域181は、アバランシェ電流吸収構造の一部を形成している。
The diode region 181 overlaps with the source lead-out wiring 123 in a plan view. The diode region 181 is electrically connected to the source lead-out wiring 123. The diode region 181 forms part of the avalanche current absorption structure.
ダイオード領域181は、SiC半導体層102との間でpn接合部を形成する。ダイオード領域181は、より具体的には、SiCエピタキシャル層107内に位置している。したがって、ダイオード領域181は、SiCエピタキシャル層107との間でpn接合部を形成する。
The diode region 181 forms a pn junction with the SiC semiconductor layer 102. More specifically, the diode region 181 is located within the SiC epitaxial layer 107. Thus, the diode region 181 forms a pn junction with the SiC epitaxial layer 107.
ダイオード領域181は、さらに具体的には、SiCエピタキシャル層107の高濃度領域108内に位置している。したがって、ダイオード領域181は、高濃度領域108との間でpn接合部を形成する。これにより、ダイオード領域181をアノードとし、SiC半導体層102をカソードとするpn接合ダイオードDpnが形成されている。
More specifically, the diode region 181 is located within the high concentration region 108 of the SiC epitaxial layer 107. Therefore, the diode region 181 forms a pn junction with the high concentration region 108. This forms a pn junction diode Dpn with the diode region 181 as the anode and the SiC semiconductor layer 102 as the cathode.
ダイオード領域181の全体は、各ゲートトレンチ142の底壁に対してSiC半導体層102の第2主面104側に位置している。ダイオード領域181の底部は、各ソーストレンチ155の底壁に対してSiC半導体層102の第2主面104側に位置している。
The entire diode region 181 is located on the second major surface 104 side of the SiC semiconductor layer 102 relative to the bottom wall of each gate trench 142. The bottom of the diode region 181 is located on the second major surface 104 side of the SiC semiconductor layer 102 relative to the bottom wall of each source trench 155.
ダイオード領域181の底部は、コンタクト領域164の底部とほぼ等しい深さ位置に形成されていてもよい。ダイオード領域181の底部は、コンタクト領域164の底部とほぼ同一平面上に位置していてもよい。
The bottom of the diode region 181 may be formed at a depth substantially equal to the bottom of the contact region 164. The bottom of the diode region 181 may be located on substantially the same plane as the bottom of the contact region 164.
ダイオード領域181のp型不純物濃度は、コンタクト領域164のp型不純物濃度とほぼ等しい。ダイオード領域181のp型不純物濃度は、ボディ領域141のp型不純物濃度よりも大きい。ダイオード領域181のp型不純物濃度は、1.0×1018cm-3以上1.0×1021cm-3以下であってもよい。
The p-type impurity concentration of the diode region 181 is approximately equal to the p-type impurity concentration of the contact region 164. The p-type impurity concentration of the diode region 181 is greater than the p-type impurity concentration of the body region 141. The p-type impurity concentration of the diode region 181 may be not less than 1.0×10 18 cm −3 and not more than 1.0×10 21 cm −3 .
外側ディープウェル領域182は、平面視においてアクティブ側壁174およびダイオード領域181の間の領域に形成されている。外側ディープウェル領域182は、この形態では、アクティブ側壁174からダイオード領域181側に向けて間隔を空けて形成されている。外側ディープウェル領域182は、外側領域112においてSiC半導体層102の耐圧を調整する耐圧調整領域(耐圧保持領域)とも称される。
The outer deep well region 182 is formed in a region between the active sidewall 174 and the diode region 181 in a plan view. In this embodiment, the outer deep well region 182 is formed at a distance from the active sidewall 174 toward the diode region 181. The outer deep well region 182 is also referred to as a breakdown voltage adjustment region (breakdown voltage holding region) that adjusts the breakdown voltage of the SiC semiconductor layer 102 in the outer region 112.
外側ディープウェル領域182は、平面視においてアクティブ領域111に沿って帯状に延びている。外側ディープウェル領域182は、この形態では、平面視においてアクティブ領域111を取り囲む無端状(この形態では四角環状)に形成されている。
The outer deep well region 182 extends in a band shape along the active region 111 in a plan view. In this embodiment, the outer deep well region 182 is formed in an endless shape (a square ring shape in this embodiment) surrounding the active region 111 in a plan view.
外側ディープウェル領域182は、ダイオード領域181を介してソース引き回し配線123に電気的に接続されている。外側ディープウェル領域182は、pn接合ダイオードDpnの一部を形成していてもよい。外側ディープウェル領域182は、アバランシェ電流吸収構造の一部を形成していてもよい。
The outer deep well region 182 is electrically connected to the source lead-out wiring 123 via the diode region 181. The outer deep well region 182 may form part of a pn junction diode Dpn. The outer deep well region 182 may form part of an avalanche current absorption structure.
外側ディープウェル領域182の全体は、各ゲートトレンチ142の底壁に対してSiC半導体層102の第2主面104側に位置している。外側ディープウェル領域182の底部は、各ソーストレンチ155の底壁に対してSiC半導体層102の第2主面104側に位置している。
The entire outer deep well region 182 is located on the second major surface 104 side of the SiC semiconductor layer 102 relative to the bottom wall of each gate trench 142. The bottom of the outer deep well region 182 is located on the second major surface 104 side of the SiC semiconductor layer 102 relative to the bottom wall of each source trench 155.
外側ディープウェル領域182の底部は、ダイオード領域181の底部に対してSiC半導体層102の第2主面104側に位置している。外側ディープウェル領域182の底部は、各ディープウェル領域165の底部とほぼ等しい深さ位置に形成されていてもよい。外側ディープウェル領域182の底部は、各ディープウェル領域165の底部とほぼ同一平面上に位置していてもよい。
The bottom of the outer deep well region 182 is located on the second main surface 104 side of the SiC semiconductor layer 102 relative to the bottom of the diode region 181. The bottom of the outer deep well region 182 may be formed at a depth position approximately equal to the bottom of each deep well region 165. The bottom of the outer deep well region 182 may be located on approximately the same plane as the bottom of each deep well region 165.
外側ディープウェル領域182の底部および外側主面172の間の距離は、各ディープウェル領域165の底部および各ソーストレンチ155の底壁の間の距離とほぼ等しくてもよい。
The distance between the bottom of the outer deep well region 182 and the outer major surface 172 may be approximately equal to the distance between the bottom of each deep well region 165 and the bottom wall of each source trench 155.
外側ディープウェル領域182の底部およびSiC半導体層102の第2主面104の間の距離は、各ディープウェル領域165の底部およびSiC半導体層102の第2主面104の間の距離とほぼ等しくてもよい。
The distance between the bottom of the outer deep well region 182 and the second major surface 104 of the SiC semiconductor layer 102 may be approximately equal to the distance between the bottom of each deep well region 165 and the second major surface 104 of the SiC semiconductor layer 102.
これにより、外側ディープウェル領域182の底部およびSiC半導体層102の第2主面104の間の距離と、各ディープウェル領域165の底部およびSiC半導体層102の第2主面104の間の距離との間で、バラツキが生じるのを抑制できる。
This makes it possible to suppress variation between the distance between the bottom of the outer deep well region 182 and the second main surface 104 of the SiC semiconductor layer 102 and the distance between the bottom of each deep well region 165 and the second main surface 104 of the SiC semiconductor layer 102.
よって、SiC半導体層102の耐圧(たとえば破壊耐量)が、外側ディープウェル領域182の形態および各ディープウェル領域165の形態によって制限を受けることを抑制できるから、耐圧の向上を適切に図ることができる。
This makes it possible to prevent the breakdown voltage (e.g., breakdown resistance) of the SiC semiconductor layer 102 from being limited by the shape of the outer deep well region 182 and the shape of each deep well region 165, thereby enabling the breakdown voltage to be appropriately improved.
外側ディープウェル領域182の底部は、各ディープウェル領域165の底部に対してSiC半導体層102の第2主面104側に位置していてもよい。外側ディープウェル領域182の底部は、各ディープウェル領域165の底部に対して、0μm以上1μm以下の範囲で、SiC半導体層102の第2主面104側に位置していてもよい。
The bottom of the outer deep well region 182 may be located on the second main surface 104 side of the SiC semiconductor layer 102 relative to the bottom of each deep well region 165. The bottom of the outer deep well region 182 may be located on the second main surface 104 side of the SiC semiconductor layer 102 within a range of 0 μm to 1 μm relative to the bottom of each deep well region 165.
外側ディープウェル領域182の内周縁は、アクティブ領域111および外側領域112の境界領域近傍まで延びていてもよい。外側ディープウェル領域182は、アクティブ領域111および外側領域112の境界領域を横切っていてもよい。
The inner edge of the outer deep well region 182 may extend to near the boundary region between the active region 111 and the outer region 112. The outer deep well region 182 may cross the boundary region between the active region 111 and the outer region 112.
外側ディープウェル領域182の内周縁は、アクティブ側壁174および外側主面172を接続する角部を被覆していてもよい。外側ディープウェル領域182の内周縁は、さらに、アクティブ側壁174に沿って延び、ボディ領域141に接続されていてもよい。
The inner edge of the outer deep well region 182 may cover the corner connecting the active sidewall 174 and the outer major surface 172. The inner edge of the outer deep well region 182 may further extend along the active sidewall 174 and connect to the body region 141.
外側ディープウェル領域182の外周縁は、この形態では、SiC半導体層102の第2主面104側からダイオード領域181を被覆している。外側ディープウェル領域182は、平面視においてソース引き回し配線123と重なっていてもよい。外側ディープウェル領域182の外周縁は、ダイオード領域181からアクティブ側壁174側に間隔を空けて形成されていてもよい。
In this embodiment, the outer peripheral edge of the outer deep well region 182 covers the diode region 181 from the second main surface 104 side of the SiC semiconductor layer 102. The outer deep well region 182 may overlap the source lead-out wiring 123 in a plan view. The outer peripheral edge of the outer deep well region 182 may be formed at a distance from the diode region 181 toward the active sidewall 174.
外側ディープウェル領域182のp型不純物濃度は、ダイオード領域181のp型不純物濃度以下であってもよい。外側ディープウェル領域182のp型不純物濃度は、ダイオード領域181のp型不純物濃度未満であってもよい。
The p-type impurity concentration of the outer deep well region 182 may be equal to or less than the p-type impurity concentration of the diode region 181. The p-type impurity concentration of the outer deep well region 182 may be less than the p-type impurity concentration of the diode region 181.
外側ディープウェル領域182のp型不純物濃度は、各ディープウェル領域165のp型不純物濃度とほぼ等しくてもよい。外側ディープウェル領域182のp型不純物濃度は、ボディ領域141のp型不純物濃度とほぼ等しくてもよい。
The p-type impurity concentration of the outer deep well region 182 may be approximately equal to the p-type impurity concentration of each deep well region 165. The p-type impurity concentration of the outer deep well region 182 may be approximately equal to the p-type impurity concentration of the body region 141.
外側ディープウェル領域182のp型不純物濃度は、ボディ領域141のp型不純物濃度を超えていてもよい。外側ディープウェル領域182のp型不純物濃度は、ボディ領域141のp型不純物濃度未満であってもよい。
The p-type impurity concentration of the outer deep well region 182 may be greater than the p-type impurity concentration of the body region 141. The p-type impurity concentration of the outer deep well region 182 may be less than the p-type impurity concentration of the body region 141.
外側ディープウェル領域182のp型不純物濃度は、コンタクト領域164のp型不純物濃度以下であってもよい。外側ディープウェル領域182のp型不純物濃度は、コンタクト領域164のp型不純物濃度未満であってもよい。外側ディープウェル領域182のp型不純物濃度は、1.0×1017cm-3以上1.0×1019cm-3以下であってもよい。
The p-type impurity concentration of the outer deep well region 182 may be equal to or lower than the p-type impurity concentration of the contact region 164. The p-type impurity concentration of the outer deep well region 182 may be lower than the p-type impurity concentration of the contact region 164. The p-type impurity concentration of the outer deep well region 182 may be equal to or higher than 1.0×10 17 cm −3 and equal to or lower than 1.0×10 19 cm −3 .
フィールドリミット構造183は、平面視においてダイオード領域181およびSiC半導体層102の側面105A~105Dの間の領域に形成されている。フィールドリミット構造183は、この形態では、側面105A~105Dからダイオード領域181側に向けて間隔を空けて形成されている。
The field limit structure 183 is formed in a region between the diode region 181 and the side surfaces 105A-105D of the SiC semiconductor layer 102 in a plan view. In this embodiment, the field limit structure 183 is formed at a distance from the side surfaces 105A-105D toward the diode region 181.
フィールドリミット構造183は、1個または複数(たとえば2個以上20個以下)のフィールドリミット領域184を含む。フィールドリミット構造183は、この形態では、複数(5個)のフィールドリミット領域184A,184B,184C,184D,184Eを有するフィールドリミット領域群を含む。
The field limit structure 183 includes one or more (e.g., 2 to 20) field limit regions 184. In this embodiment, the field limit structure 183 includes a field limit region group having multiple (5) field limit regions 184A, 184B, 184C, 184D, and 184E.
フィールドリミット領域184A~184Eは、ダイオード領域181から離れる方向に沿って間隔を空けてこの順に形成されている。フィールドリミット領域184A~184Eは、それぞれ、平面視においてアクティブ領域111の周縁に沿って帯状に延びている。
The field limit regions 184A to 184E are formed in this order at intervals in a direction away from the diode region 181. The field limit regions 184A to 184E each extend in a band shape along the periphery of the active region 111 in a plan view.
フィールドリミット領域184A~184Eは、より具体的には、平面視においてアクティブ領域111を取り囲む無端状(この形態では四角環状)にそれぞれ形成されている。フィールドリミット領域184A~184Eは、それぞれ、FLR(Field Limiting Ring)領域とも称される。
More specifically, the field limit regions 184A to 184E are each formed in an endless shape (in this embodiment, a square ring shape) surrounding the active region 111 in a plan view. The field limit regions 184A to 184E are also referred to as FLR (Field Limiting Ring) regions.
フィールドリミット領域184A~184Eの底部は、この形態では、ダイオード領域181の底部に対してSiC半導体層102の第2主面104側に位置している。
In this embodiment, the bottoms of the field limit regions 184A-184E are located on the second main surface 104 side of the SiC semiconductor layer 102 relative to the bottom of the diode region 181.
フィールドリミット領域184A~184Eのうち最内側のフィールドリミット領域184Aは、この形態では、SiC半導体層102の第2主面104側からダイオード領域181を被覆している。フィールドリミット領域184Aは、平面視において前述のソース引き回し配線123と重なっていてもよい。
In this embodiment, the innermost field limit region 184A of the field limit regions 184A to 184E covers the diode region 181 from the second main surface 104 side of the SiC semiconductor layer 102. The field limit region 184A may overlap the aforementioned source lead-out wiring 123 in a plan view.
フィールドリミット領域184Aは、ダイオード領域181を介してソース引き回し配線123に電気的に接続されている。フィールドリミット領域184Aは、pn接合ダイオードDpnの一部を形成していてもよい。フィールドリミット領域184Aは、アバランシェ電流吸収構造の一部を形成していてもよい。
The field limit region 184A is electrically connected to the source lead-out wiring 123 via the diode region 181. The field limit region 184A may form part of the pn junction diode Dpn. The field limit region 184A may form part of the avalanche current absorption structure.
フィールドリミット領域184A~184Eの全体は、各ゲートトレンチ142の底壁に対してSiC半導体層102の第2主面104側に位置している。フィールドリミット領域184A~184Eの底部は、各ソーストレンチ155の底壁に対してSiC半導体層102の第2主面104側に位置している。
The entire field limit regions 184A-184E are located on the second main surface 104 side of the SiC semiconductor layer 102 relative to the bottom wall of each gate trench 142. The bottoms of the field limit regions 184A-184E are located on the second main surface 104 side of the SiC semiconductor layer 102 relative to the bottom wall of each source trench 155.
フィールドリミット領域184A~184Eは、各ディープウェル領域165(外側ディープウェル領域182)とほぼ等しい深さ位置に形成されていてもよい。フィールドリミット領域184A~184Eの底部は、各ディープウェル領域165(外側ディープウェル領域182)の底部とほぼ同一平面上に位置していてもよい。
The field limit regions 184A-184E may be formed at a depth substantially equal to that of each deep well region 165 (outer deep well region 182). The bottoms of the field limit regions 184A-184E may be located on substantially the same plane as the bottoms of each deep well region 165 (outer deep well region 182).
フィールドリミット領域184A~184Eの底部は、各ディープウェル領域165(外側ディープウェル領域182)の底部に対して外側主面172側に位置していてもよい。フィールドリミット領域184A~184Eの底部は、各ディープウェル領域165(外側ディープウェル領域182)の底部に対してSiC半導体層102の第2主面104側に位置していてもよい。
The bottoms of the field limit regions 184A-184E may be located on the outer main surface 172 side relative to the bottoms of the respective deep well regions 165 (outer deep well regions 182). The bottoms of the field limit regions 184A-184E may be located on the second main surface 104 side of the SiC semiconductor layer 102 relative to the bottoms of the respective deep well regions 165 (outer deep well regions 182).
互いに隣り合うフィールドリミット領域184A~184Eの間の幅は、互いに異なっていてもよい。互いに隣り合うフィールドリミット領域184A~184Eの間の幅は、アクティブ領域111から離れる方向に大きくなっていてもよい。互いに隣り合うフィールドリミット領域184A~184Eの間の幅は、アクティブ領域111から離れる方向に小さくなっていてもよい。
The width between adjacent field limit regions 184A-184E may be different from each other. The width between adjacent field limit regions 184A-184E may be larger in the direction away from the active region 111. The width between adjacent field limit regions 184A-184E may be smaller in the direction away from the active region 111.
フィールドリミット領域184A~184Eの深さは、互いに異なっていてもよい。フィールドリミット領域184A~184Eの深さは、アクティブ領域111から離れる方向に小さくなっていてもよい。フィールドリミット領域184A~184Eの深さは、アクティブ領域111から離れる方向に大きくなっていてもよい。
The depths of the field limit regions 184A-184E may be different from each other. The depths of the field limit regions 184A-184E may decrease in a direction away from the active region 111. The depths of the field limit regions 184A-184E may increase in a direction away from the active region 111.
フィールドリミット領域184A~184Eのp型不純物濃度は、ダイオード領域181のp型不純物濃度以下であってもよい。フィールドリミット領域184A~184Eのp型不純物濃度は、ダイオード領域181のp型不純物濃度よりも小さくてもよい。
The p-type impurity concentration of the field limit regions 184A to 184E may be equal to or lower than the p-type impurity concentration of the diode region 181. The p-type impurity concentration of the field limit regions 184A to 184E may be lower than the p-type impurity concentration of the diode region 181.
フィールドリミット領域184A~184Eのp型不純物濃度は、外側ディープウェル領域182のp型不純物濃度以下であってもよい。フィールドリミット領域184A~184Eのp型不純物濃度は、外側ディープウェル領域182のp型不純物濃度よりも小さくてもよい。
The p-type impurity concentration of the field limit regions 184A-184E may be equal to or less than the p-type impurity concentration of the outer deep well region 182. The p-type impurity concentration of the field limit regions 184A-184E may be less than the p-type impurity concentration of the outer deep well region 182.
フィールドリミット領域184A~184Eのp型不純物濃度は、外側ディープウェル領域182のp型不純物濃度以上であってもよい。フィールドリミット領域184A~184Eのp型不純物濃度は、外側ディープウェル領域182のp型不純物濃度よりも大きくてもよい。
The p-type impurity concentration of the field limit regions 184A-184E may be equal to or greater than the p-type impurity concentration of the outer deep well region 182. The p-type impurity concentration of the field limit regions 184A-184E may be greater than the p-type impurity concentration of the outer deep well region 182.
フィールドリミット領域184A~184Eのp型不純物濃度は、1.0×1015cm-3以上1.0×1018cm-3以下であってもよい。ダイオード領域181のp型不純物濃度>外側ディープウェル領域182のp型不純物濃度>フィールドリミット領域184A~184Eのp型不純物濃度であることが好ましい。
The p-type impurity concentration of the field limit regions 184A to 184E may be 1.0×10 15 cm −3 or more and 1.0×10 18 cm −3 or less. It is preferable that the p-type impurity concentration of the diode region 181>the p-type impurity concentration of the outer deep well region 182>the p-type impurity concentration of the field limit regions 184A to 184E.
フィールドリミット構造183は、外側領域112において電界集中を緩和する。フィールドリミット領域184の個数、幅、深さ、p型不純物濃度等は、緩和すべき電界に応じて種々の値を取り得る。
The field limit structure 183 alleviates electric field concentration in the outer region 112. The number, width, depth, p-type impurity concentration, etc. of the field limit regions 184 can take various values depending on the electric field to be alleviated.
この形態では、フィールドリミット構造183が、平面視においてダイオード領域181およびSiC半導体層102の側面105A~105Dの間の領域に形成された1つまたは複数のフィールドリミット領域184を含む例について説明した。
In this embodiment, an example has been described in which the field limit structure 183 includes one or more field limit regions 184 formed in the region between the diode region 181 and the side surfaces 105A to 105D of the SiC semiconductor layer 102 in a planar view.
しかし、フィールドリミット構造183は、ダイオード領域181およびSiC半導体層102の側面105A~105Dの間の領域に代えて、平面視においてアクティブ側壁174およびダイオード領域181の間の領域に形成された1つまたは複数のフィールドリミット領域184を含んでいてもよい。
However, the field limit structure 183 may include one or more field limit regions 184 formed in the region between the active sidewall 174 and the diode region 181 in a plan view, instead of the region between the diode region 181 and the side surfaces 105A-105D of the SiC semiconductor layer 102.
また、フィールドリミット構造183は、平面視においてダイオード領域181およびSiC半導体層102の側面105A~105Dの間の領域に形成された1つまたは複数のフィールドリミット領域184、および、平面視においてアクティブ側壁174およびダイオード領域181の間の領域に形成された1つまたは複数のフィールドリミット領域184を含んでいてもよい。
The field limit structure 183 may also include one or more field limit regions 184 formed in a region between the diode region 181 and the side surfaces 105A-105D of the SiC semiconductor layer 102 in a planar view, and one or more field limit regions 184 formed in a region between the active sidewall 174 and the diode region 181 in a planar view.
外側領域112においてSiC半導体層102の第1主面103の上には、外側絶縁層191が形成されている。外側絶縁層191は、主面絶縁層113の一部を形成している。外側絶縁層191は、主面絶縁層113の絶縁側面114A~114Dの一部を形成している。
In the outer region 112, an outer insulating layer 191 is formed on the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102. The outer insulating layer 191 forms part of the main surface insulating layer 113. The outer insulating layer 191 forms part of the insulating side surfaces 114A to 114D of the main surface insulating layer 113.
外側絶縁層191は、外側領域112においてダイオード領域181、外側ディープウェル領域182およびフィールドリミット構造183を選択的に被覆している。外側絶縁層191は、アクティブ側壁174および外側主面172に沿って膜状に形成されている。外側絶縁層191は、アクティブ主面171の上において、ゲート絶縁層148に連なっている。外側絶縁層191は、より具体的には、ゲート絶縁層148の第3領域148cに連なっている。
The outer insulating layer 191 selectively covers the diode region 181, the outer deep well region 182, and the field limit structure 183 in the outer region 112. The outer insulating layer 191 is formed in a film shape along the active sidewall 174 and the outer main surface 172. The outer insulating layer 191 is continuous with the gate insulating layer 148 on the active main surface 171. More specifically, the outer insulating layer 191 is continuous with the third region 148c of the gate insulating layer 148.
外側絶縁層191は、酸化シリコンを含んでいてもよい。外側絶縁層191は、窒化シリコン等の他の絶縁膜を含んでいてもよい。外側絶縁層191は、この形態では、ゲート絶縁層148と同一の絶縁材料種によって形成されている。
The outer insulating layer 191 may include silicon oxide. The outer insulating layer 191 may include other insulating films such as silicon nitride. In this embodiment, the outer insulating layer 191 is formed of the same insulating material type as the gate insulating layer 148.
外側絶縁層191は、第1領域191aおよび第2領域191bを含む。外側絶縁層191の第1領域191aは、アクティブ側壁174を被覆している。外側絶縁層191の第2領域191bは、外側主面172を被覆している。
The outer insulating layer 191 includes a first region 191a and a second region 191b. The first region 191a of the outer insulating layer 191 covers the active sidewall 174. The second region 191b of the outer insulating layer 191 covers the outer main surface 172.
外側絶縁層191の第2領域191bの厚さは、外側絶縁層191の第1領域191aの厚さ以下であってもよい。外側絶縁層191の第2領域191bの厚さは、外側絶縁層191の第1領域191aの厚さ未満であってもよい。
The thickness of the second region 191b of the outer insulating layer 191 may be less than or equal to the thickness of the first region 191a of the outer insulating layer 191. The thickness of the second region 191b of the outer insulating layer 191 may be less than the thickness of the first region 191a of the outer insulating layer 191.
外側絶縁層191の第1領域191aの厚さは、ゲート絶縁層148の第1領域191aの厚さとほぼ等しくてもよい。外側絶縁層191の第2領域191bの厚さは、ゲート絶縁層148の第3領域148cの厚さとほぼ等しくてもよい。むろん、一様な厚さを有する外側絶縁層191が形成されていてもよい。
The thickness of the first region 191a of the outer insulating layer 191 may be approximately equal to the thickness of the first region 191a of the gate insulating layer 148. The thickness of the second region 191b of the outer insulating layer 191 may be approximately equal to the thickness of the third region 148c of the gate insulating layer 148. Of course, the outer insulating layer 191 may be formed to have a uniform thickness.
図23および図24を参照して、SiC半導体装置101は、アクティブ側壁174を被覆するサイドウォール192をさらに含む。サイドウォール192は、アクティブ台地173を外側領域112側から保護し、補強する。
23 and 24, the SiC semiconductor device 101 further includes a sidewall 192 that covers the active sidewall 174. The sidewall 192 protects and reinforces the active plateau 173 from the outer region 112 side.
また、サイドウォール192は、アクティブ主面171および外側主面172の間に形成された段差を緩和する段差緩和構造を形成する。アクティブ領域111および外側領域112の間の境界領域を被覆する上層構造(被覆層)が形成される場合、上層構造は、サイドウォール192を被覆する。サイドウォール192は、上層構造の平坦性を高める。
The sidewalls 192 also form a step reduction structure that reduces the step formed between the active main surface 171 and the outer main surface 172. When an upper layer structure (covering layer) is formed that covers the boundary region between the active region 111 and the outer region 112, the upper layer structure covers the sidewalls 192. The sidewalls 192 increase the flatness of the upper layer structure.
サイドウォール192は、アクティブ主面171から外側主面172に向かって下り傾斜した傾斜部193を有していてもよい。傾斜部193によって、段差を適切に緩和できる。
The sidewall 192 may have an inclined portion 193 that slopes downward from the active main surface 171 toward the outer main surface 172. The inclined portion 193 can appropriately reduce the step.
サイドウォール192の傾斜部193は、SiC半導体層102側に向かう凹湾曲状に形成されていてもよい。サイドウォール192の傾斜部193は、SiC半導体層102とは反対側に向かう凸湾曲状に形成されていてもよい。
The inclined portion 193 of the sidewall 192 may be formed in a concave curve toward the SiC semiconductor layer 102. The inclined portion 193 of the sidewall 192 may be formed in a convex curve toward the opposite side to the SiC semiconductor layer 102.
サイドウォール192の傾斜部193は、アクティブ主面171側から外側主面172側に向けて平面的に延びていてもよい。サイドウォール192の傾斜部193は、アクティブ主面171側から外側主面172側に向けて直線状に延びていてもよい。
The inclined portion 193 of the sidewall 192 may extend in a plane from the active principal surface 171 side toward the outer principal surface 172 side. The inclined portion 193 of the sidewall 192 may extend in a straight line from the active principal surface 171 side toward the outer principal surface 172 side.
サイドウォール192の傾斜部193は、アクティブ主面171から外側主面172に向かう下り階段状に形成されていてもよい。つまり、サイドウォール192の傾斜部193は、外側主面172側に向かって窪んだ1つまたは複数の段部を有していてもよい。複数の段部は、サイドウォール192の傾斜部193の表面積を増加させ、上層構造に対する密着力を高める。
The inclined portion 193 of the sidewall 192 may be formed in a step-like shape descending from the active principal surface 171 toward the outer principal surface 172. In other words, the inclined portion 193 of the sidewall 192 may have one or more steps recessed toward the outer principal surface 172. The multiple steps increase the surface area of the inclined portion 193 of the sidewall 192, enhancing adhesion to the upper layer structure.
サイドウォール192の傾斜部193は、サイドウォール192の外側に向かって隆起した複数の隆起部を含んでいてもよい。複数の隆起部は、サイドウォール192の傾斜部193の表面積を増加させ、上層構造に対する密着力を高める。
The inclined portion 193 of the sidewall 192 may include multiple ridges that rise toward the outside of the sidewall 192. The multiple ridges increase the surface area of the inclined portion 193 of the sidewall 192, enhancing adhesion to the upper layer structure.
サイドウォール192の傾斜部193は、サイドウォール192の内側に向かって窪んだ複数の窪みを含んでいてもよい。複数の窪みは、サイドウォール192の傾斜部193の表面積を増加させ、上層構造に対する密着力を高める。
The inclined portion 193 of the sidewall 192 may include multiple recesses recessed toward the inside of the sidewall 192. The multiple recesses increase the surface area of the inclined portion 193 of the sidewall 192 and increase adhesion to the upper layer structure.
サイドウォール192は、アクティブ主面171に対して自己整合的に形成されている。サイドウォール192は、より具体的には、アクティブ側壁174に沿って形成されている。サイドウォール192は、この形態では、平面視においてアクティブ領域111を取り囲む無端状(この形態では四角環状)に形成されている。
The sidewall 192 is formed in a self-aligned manner with respect to the active main surface 171. More specifically, the sidewall 192 is formed along the active sidewall 174. In this embodiment, the sidewall 192 is formed in an endless shape (a square ring in this embodiment) surrounding the active region 111 in a plan view.
サイドウォール192は、p型不純物が添加されたp型ポリシリコンを含むことが好ましい。この場合、ゲート電極層149やソース電極層157と同時に、サイドウォール192を形成できる。
The sidewall 192 preferably includes p-type polysilicon doped with p-type impurities. In this case, the sidewall 192 can be formed simultaneously with the gate electrode layer 149 and the source electrode layer 157.
サイドウォール192のp型不純物濃度は、ボディ領域141のp型不純物濃度以上である。サイドウォール192のp型不純物濃度は、より具体的には、ボディ領域141のp型不純物濃度よりも大きい。サイドウォール192のp型不純物は、ホウ素(B)、アルミニウム(Al)、インジウム(In)またはガリウム(Ga)のうちの少なくとも1種を含んでいてもよい。
The p-type impurity concentration of the sidewall 192 is equal to or greater than the p-type impurity concentration of the body region 141. More specifically, the p-type impurity concentration of the sidewall 192 is greater than the p-type impurity concentration of the body region 141. The p-type impurity of the sidewall 192 may include at least one of boron (B), aluminum (Al), indium (In), or gallium (Ga).
サイドウォール192のp型不純物濃度は、1×1018cm-3以上1×1022cm-3以下であってもよい。サイドウォール192のシート抵抗は、10Ω/□以上500Ω/□以下(この形態では200Ω/□程度)であってもよい。
The p-type impurity concentration of the sidewall 192 may be 1×10 18 cm −3 or more and 1×10 22 cm −3 or less. The sheet resistance of the sidewall 192 may be 10 Ω/□ or more and 500 Ω/□ or less (about 200 Ω/□ in this embodiment).
サイドウォール192のp型不純物濃度は、ゲート電極層149のp型不純物濃度とほぼ等しくてもよい。サイドウォール192のシート抵抗は、ゲート電極層149のシート抵抗とほぼ等しくてもよい。
The p-type impurity concentration of the sidewall 192 may be approximately equal to the p-type impurity concentration of the gate electrode layer 149. The sheet resistance of the sidewall 192 may be approximately equal to the sheet resistance of the gate electrode layer 149.
サイドウォール192は、p型ポリシリコンに代えてまたはこれに加えて、n型ポリシリコンを含んでいてもよい。サイドウォール192は、p型ポリシリコンに代えてまたはこれに加えて、タングステン、アルミニウム、銅、アルミニウム合金または銅合金のうちの少なくとも1種を含んでいてもよい。
The sidewall 192 may contain n-type polysilicon instead of or in addition to p-type polysilicon. The sidewall 192 may contain at least one of tungsten, aluminum, copper, an aluminum alloy, or a copper alloy instead of or in addition to p-type polysilicon.
サイドウォール192は、絶縁材料を含んでいてもよい。この場合、サイドウォール192によって外側領域112に対するアクティブ領域111の絶縁性を高めることができる。
The sidewalls 192 may contain an insulating material. In this case, the sidewalls 192 can increase the insulation of the active region 111 from the outer region 112.
図20~図24を参照して、SiC半導体層102の第1主面103の上には、層間絶縁層201が形成されている。層間絶縁層201は、主面絶縁層113の一部を形成している。層間絶縁層201は、主面絶縁層113の絶縁側面114A~114Dの一部を形成している。主面絶縁層113は、ゲート絶縁層148(外側絶縁層191)および層間絶縁層201を含む積層構造を有している。
With reference to Figures 20 to 24, an interlayer insulating layer 201 is formed on the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102. The interlayer insulating layer 201 forms part of the main surface insulating layer 113. The interlayer insulating layer 201 forms part of the insulating side surfaces 114A to 114D of the main surface insulating layer 113. The main surface insulating layer 113 has a layered structure including the gate insulating layer 148 (outer insulating layer 191) and the interlayer insulating layer 201.
層間絶縁層201は、アクティブ領域111および外側領域112を選択的に被覆している。層間絶縁層201は、より具体的には、ゲート絶縁層148の第3領域148cおよび外側絶縁層191を選択的に被覆している。
The interlayer insulating layer 201 selectively covers the active region 111 and the outer region 112. More specifically, the interlayer insulating layer 201 selectively covers the third region 148c of the gate insulating layer 148 and the outer insulating layer 191.
層間絶縁層201は、アクティブ主面171および外側主面172に沿って膜状に形成されている。層間絶縁層201は、アクティブ領域111においてトレンチゲート構造161、ゲート配線層150およびトレンチソース構造162を選択的に被覆している。層間絶縁層201は、外側領域112においてダイオード領域181、外側ディープウェル領域182およびフィールドリミット構造183を選択的に被覆している。
The interlayer insulating layer 201 is formed in a film shape along the active principal surface 171 and the outer principal surface 172. The interlayer insulating layer 201 selectively covers the trench gate structure 161, the gate wiring layer 150, and the trench source structure 162 in the active region 111. The interlayer insulating layer 201 selectively covers the diode region 181, the outer deep well region 182, and the field limit structure 183 in the outer region 112.
層間絶縁層201は、アクティブ領域111および外側領域112の間の境界領域において、サイドウォール192の外面(傾斜部193)に沿って形成されている。層間絶縁層201は、サイドウォール192を被覆する上層構造の一部を形成している。
The interlayer insulating layer 201 is formed along the outer surface (inclined portion 193) of the sidewall 192 in the boundary region between the active region 111 and the outer region 112. The interlayer insulating layer 201 forms part of the upper layer structure that covers the sidewall 192.
層間絶縁層201は、酸化シリコンまたは窒化シリコンを含んでいてもよい。層間絶縁層201は、酸化シリコンの一例としてのPSG(Phosphor Silicate Glass)および/またはBPSG(Boron Phosphor Silicate Glass)を含んでいてもよい。
The interlayer insulating layer 201 may contain silicon oxide or silicon nitride. The interlayer insulating layer 201 may contain PSG (Phosphor Silicate Glass) and/or BPSG (Boron Phosphor Silicate Glass) as examples of silicon oxide.
層間絶縁層201は、SiC半導体層102の第1主面103側からこの順に積層されたPSG層およびBPSG層を含む積層構造を有していてもよい。層間絶縁層201は、SiC半導体層102の第1主面103側からこの順に積層されたBPSG層およびPSG層を含む積層構造を有していてもよい。
The interlayer insulating layer 201 may have a laminated structure including a PSG layer and a BPSG layer laminated in this order from the first main surface 103 side of the SiC semiconductor layer 102. The interlayer insulating layer 201 may have a laminated structure including a BPSG layer and a PSG layer laminated in this order from the first main surface 103 side of the SiC semiconductor layer 102.
層間絶縁層201には、ゲートコンタクト孔202、ソースコンタクト孔203およびダイオードコンタクト孔204が形成されている。また、層間絶縁層201には、アンカー孔205が形成されている。
The interlayer insulating layer 201 has a gate contact hole 202, a source contact hole 203, and a diode contact hole 204 formed therein. The interlayer insulating layer 201 also has an anchor hole 205 formed therein.
ゲートコンタクト孔202は、アクティブ領域111において、ゲート配線層150を露出させている。ゲートコンタクト孔202は、ゲート配線層150に沿う帯状に形成されていてもよい。ゲートコンタクト孔202の開口エッジ部は、ゲートコンタクト孔202内に向かう凸湾曲状に形成されている。
The gate contact hole 202 exposes the gate wiring layer 150 in the active region 111. The gate contact hole 202 may be formed in a strip shape along the gate wiring layer 150. The opening edge portion of the gate contact hole 202 is formed in a convex curved shape toward the inside of the gate contact hole 202.
ソースコンタクト孔203は、アクティブ領域111において、ソース領域163、コンタクト領域164およびトレンチソース構造162を露出させている。ソースコンタクト孔203は、トレンチソース構造162等に沿う帯状に形成されていてもよい。ソースコンタクト孔203の開口エッジ部は、ソースコンタクト孔203内に向かう凸湾曲状に形成されている。
The source contact hole 203 exposes the source region 163, the contact region 164, and the trench source structure 162 in the active region 111. The source contact hole 203 may be formed in a strip shape along the trench source structure 162, etc. The opening edge portion of the source contact hole 203 is formed in a convex curved shape toward the inside of the source contact hole 203.
ダイオードコンタクト孔204は、外側領域112において、ダイオード領域181を露出させている。ダイオードコンタクト孔204は、ダイオード領域181に沿って延びる帯状(より具体的には無端状)に形成されていてもよい。
The diode contact hole 204 exposes the diode region 181 in the outer region 112. The diode contact hole 204 may be formed in a strip shape (more specifically, endless) extending along the diode region 181.
ダイオードコンタクト孔204は、外側ディープウェル領域182および/またはフィールドリミット構造183を露出させていてもよい。ダイオードコンタクト孔204の開口エッジ部は、ダイオードコンタクト孔204内に向かう凸湾曲状に形成されている。
The diode contact hole 204 may expose the outer deep well region 182 and/or the field limit structure 183. The opening edge of the diode contact hole 204 is formed with a convex curve toward the inside of the diode contact hole 204.
アンカー孔205は、外側領域112において、層間絶縁層201を掘り下げることによって形成されている。アンカー孔205は、平面視においてダイオード領域181およびSiC半導体層102の側面105A~105Dの間の領域に形成されている。アンカー孔205は、より具体的には、平面視においてフィールドリミット構造183およびSiC半導体層102の側面105A~105Dの間の領域に形成されている。
The anchor hole 205 is formed by digging down the interlayer insulating layer 201 in the outer region 112. The anchor hole 205 is formed in the region between the diode region 181 and the side surfaces 105A to 105D of the SiC semiconductor layer 102 in a planar view. More specifically, the anchor hole 205 is formed in the region between the field limit structure 183 and the side surfaces 105A to 105D of the SiC semiconductor layer 102 in a planar view.
アンカー孔205は、SiC半導体層102の第1主面103(外側主面172)を露出させている。アンカー孔205の開口エッジ部は、アンカー孔205内に向かう凸湾曲状に形成されている。
The anchor hole 205 exposes the first main surface 103 (outer main surface 172) of the SiC semiconductor layer 102. The opening edge of the anchor hole 205 is formed in a convex curve toward the inside of the anchor hole 205.
図18を参照して、アンカー孔205は、平面視においてアクティブ領域111に沿って帯状に延びている。アンカー孔205は、この形態では、平面視においてアクティブ領域111を取り囲む無端状(この形態では四角環状)に形成されている。
Referring to FIG. 18, the anchor hole 205 extends in a band shape along the active region 111 in a plan view. In this embodiment, the anchor hole 205 is formed in an endless shape (a square ring shape in this embodiment) surrounding the active region 111 in a plan view.
この形態では、層間絶縁層201において外側領域112を被覆する部分に、1つのアンカー孔205が形成されている。しかし、層間絶縁層201において外側領域112を被覆する部分に、複数のアンカー孔205が形成されていてもよい。
In this embodiment, one anchor hole 205 is formed in the portion of the interlayer insulating layer 201 that covers the outer region 112. However, multiple anchor holes 205 may be formed in the portion of the interlayer insulating layer 201 that covers the outer region 112.
層間絶縁層201の上には、主面ゲート電極層115および主面ソース電極層121が形成されている。主面ゲート電極層115および主面ソース電極層121は、それぞれ、SiC半導体層102の第1主面103側からこの順に積層されたバリア電極層206および主電極層207を含む積層構造を有している。
A principal surface gate electrode layer 115 and a principal surface source electrode layer 121 are formed on the interlayer insulating layer 201. The principal surface gate electrode layer 115 and the principal surface source electrode layer 121 each have a laminated structure including a barrier electrode layer 206 and a principal electrode layer 207 laminated in this order from the first principal surface 103 side of the SiC semiconductor layer 102.
バリア電極層206は、チタン層または窒化チタン層を含む単層構造を有していてもよい。バリア電極層206は、SiC半導体層102の第1主面103側からこの順に積層されたチタン層および窒化チタン層を含む積層構造を有していてもよい。
The barrier electrode layer 206 may have a single layer structure including a titanium layer or a titanium nitride layer. The barrier electrode layer 206 may have a laminated structure including a titanium layer and a titanium nitride layer laminated in this order from the first main surface 103 side of the SiC semiconductor layer 102.
主電極層207の厚さは、バリア電極層206の厚さよりも大きい。主電極層207は、バリア電極層206の抵抗値よりも小さい抵抗値を有する導電材料を含む。主電極層207は、アルミニウム、銅、アルミニウム合金または銅合金のうちの少なくとも1つを含んでいてもよい。
The thickness of the main electrode layer 207 is greater than the thickness of the barrier electrode layer 206. The main electrode layer 207 includes a conductive material having a resistance value less than the resistance value of the barrier electrode layer 206. The main electrode layer 207 may include at least one of aluminum, copper, an aluminum alloy, or a copper alloy.
主電極層207は、アルミニウム-シリコン合金、アルミニウム-シリコン-銅合金またはアルミニウム-銅合金のうちの少なくとも1つを含んでいてもよい。主電極層207は、この形態では、アルミニウム-シリコン-銅合金を含む。
The main electrode layer 207 may include at least one of an aluminum-silicon alloy, an aluminum-silicon-copper alloy, or an aluminum-copper alloy. In this embodiment, the main electrode layer 207 includes an aluminum-silicon-copper alloy.
主面ゲート電極層115のうちの外側ゲートフィンガー117は、層間絶縁層201の上からゲートコンタクト孔202に入り込んでいる。外側ゲートフィンガー117は、ゲートコンタクト孔202内において、ゲート配線層150に電気的に接続されている。これにより、ゲートパッド116からの電気信号は、外側ゲートフィンガー117を介してゲート電極層149に伝達される。
The outer gate finger 117 of the main surface gate electrode layer 115 penetrates into the gate contact hole 202 from above the interlayer insulating layer 201. The outer gate finger 117 is electrically connected to the gate wiring layer 150 within the gate contact hole 202. This allows an electrical signal from the gate pad 116 to be transmitted to the gate electrode layer 149 via the outer gate finger 117.
主面ソース電極層121のうちのソースパッド122は、層間絶縁層201の上からソースコンタクト孔203およびソースサブトレンチ168に入り込んでいる。ソースパッド122は、ソースコンタクト孔203およびソースサブトレンチ168内において、ソース領域163、コンタクト領域164およびソース電極層157に電気的に接続されている。
The source pad 122 of the main surface source electrode layer 121 extends from above the interlayer insulating layer 201 into the source contact hole 203 and the source sub-trench 168. The source pad 122 is electrically connected to the source region 163, the contact region 164, and the source electrode layer 157 within the source contact hole 203 and the source sub-trench 168.
ソース電極層157は、ソースパッド122の一部の領域を利用して形成されていてもよい。ソース電極層157は、ソースパッド122において各ソーストレンチ155に入り込んだ部分によって形成されていてもよい。
The source electrode layer 157 may be formed by utilizing a portion of the source pad 122. The source electrode layer 157 may be formed by a portion of the source pad 122 that extends into each source trench 155.
主面ソース電極層121のうちのソース引き回し配線123は、層間絶縁層201の上からダイオードコンタクト孔204に入り込んでいる。ソース引き回し配線123は、ダイオードコンタクト孔204内において、ダイオード領域181に電気的に接続されている。
The source wiring 123 of the main surface source electrode layer 121 enters the diode contact hole 204 from above the interlayer insulating layer 201. The source wiring 123 is electrically connected to the diode region 181 within the diode contact hole 204.
主面ソース電極層121のうちのソース接続部124は、アクティブ領域111からサイドウォール192を横切って外側領域112に引き出されている。ソース接続部124は、サイドウォール192を被覆する上層構造の一部を形成している。
The source connection portion 124 of the main surface source electrode layer 121 is drawn from the active region 111 across the sidewall 192 to the outer region 112. The source connection portion 124 forms part of the upper layer structure that covers the sidewall 192.
層間絶縁層201の上には、前述のパッシベーション層125が形成されている。パッシベーション層125は、層間絶縁層201に沿って膜状に形成されている。パッシベーション層125は、層間絶縁層201を介して、アクティブ領域111および外側領域112を選択的に被覆している。
The aforementioned passivation layer 125 is formed on the interlayer insulating layer 201. The passivation layer 125 is formed in a film shape along the interlayer insulating layer 201. The passivation layer 125 selectively covers the active region 111 and the outer region 112 via the interlayer insulating layer 201.
パッシベーション層125は、アクティブ領域111からサイドウォール192を横切って外側領域112に引き出されている。パッシベーション層125は、サイドウォール192を被覆する上層構造の一部を形成している。
The passivation layer 125 extends from the active region 111 across the sidewall 192 to the outer region 112. The passivation layer 125 forms part of the upper layer structure that covers the sidewall 192.
図23を参照して、パッシベーション層125は、外側領域112において、層間絶縁層201の上からアンカー孔205に入り込んでいる。パッシベーション層125は、アンカー孔205内において、SiC半導体層102の第1主面103(外側主面172)に接続されている。パッシベーション層125の外面においてアンカー孔205の上に位置する領域には、アンカー孔205に倣って窪んだリセス211が形成されている。
Referring to FIG. 23, in the outer region 112, the passivation layer 125 extends from above the interlayer insulating layer 201 into the anchor hole 205. The passivation layer 125 is connected to the first main surface 103 (outer main surface 172) of the SiC semiconductor layer 102 within the anchor hole 205. In the region located above the anchor hole 205 on the outer surface of the passivation layer 125, a recess 211 is formed that is recessed to match the anchor hole 205.
パッシベーション層125の上には、前述の樹脂層129が形成されている。樹脂層129は、パッシベーション層125に沿って膜状に形成されている。樹脂層129は、パッシベーション層125および層間絶縁層201を挟んで、アクティブ領域111および外側領域112を選択的に被覆している。
The aforementioned resin layer 129 is formed on the passivation layer 125. The resin layer 129 is formed in a film shape along the passivation layer 125. The resin layer 129 selectively covers the active region 111 and the outer region 112, sandwiching the passivation layer 125 and the interlayer insulating layer 201.
樹脂層129は、アクティブ領域111からサイドウォール192を横切って外側領域112に引き出されている。樹脂層129は、サイドウォール192を被覆する上層構造の一部を形成している。
The resin layer 129 extends from the active region 111 across the sidewall 192 to the outer region 112. The resin layer 129 forms part of an upper layer structure that covers the sidewall 192.
図23を参照して、樹脂層129は、外側領域112においてパッシベーション層125のリセス211に入り込んだアンカー部を有している。このように、外側領域112には、樹脂層129の接続強度を高めるためのアンカー構造が形成されている。
Referring to FIG. 23, the resin layer 129 has an anchor portion that penetrates into the recess 211 of the passivation layer 125 in the outer region 112. In this way, an anchor structure is formed in the outer region 112 to increase the connection strength of the resin layer 129.
アンカー構造は、外側領域112においてSiC半導体層102の第1主面103に形成された凹凸構造(Uneven Structure)を含む。凹凸構造(アンカー構造)は、より具体的には、外側主面172を被覆する層間絶縁層201を利用して形成された凹凸を含む。さらに具体的には、凹凸構造(アンカー構造)は、層間絶縁層201に形成されたアンカー孔205を含む。
The anchor structure includes an uneven structure formed on the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102 in the outer region 112. More specifically, the uneven structure (anchor structure) includes unevenness formed by utilizing the interlayer insulating layer 201 that covers the outer main surface 172. More specifically, the uneven structure (anchor structure) includes anchor holes 205 formed in the interlayer insulating layer 201.
樹脂層129は、このアンカー孔205に噛合っている。樹脂層129は、この形態では、パッシベーション層125を介してアンカー孔205に噛合っている。これにより、SiC半導体層102の第1主面103に対する樹脂層129の接続強度を高めることができるから、樹脂層129の剥離を抑制できる。
The resin layer 129 is engaged with the anchor hole 205. In this embodiment, the resin layer 129 is engaged with the anchor hole 205 via the passivation layer 125. This increases the connection strength of the resin layer 129 to the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102, thereby suppressing peeling of the resin layer 129.
以上、SiC半導体装置101によってもSiC半導体装置1に対して述べた効果と同様の効果を奏することができる。また、SiC半導体装置101によれば、SiC半導体層102およびディープウェル領域165の間の境界領域(pn接合部)から、ゲートトレンチ142の底壁に対してSiC半導体層102の第2主面104側の領域に向けて空乏層を拡げることができる。
As described above, the SiC semiconductor device 101 can achieve the same effects as those described for the SiC semiconductor device 1. Furthermore, the SiC semiconductor device 101 can expand the depletion layer from the boundary region (pn junction) between the SiC semiconductor layer 102 and the deep well region 165 toward the region on the second main surface 104 side of the SiC semiconductor layer 102 relative to the bottom wall of the gate trench 142.
これにより、主面ソース電極層121およびドレイン電極層133の間を流れる短絡電流の電流経路を狭めることができる。また、SiC半導体層102およびディープウェル領域165の境界領域から拡がる空乏層により、帰還容量Crssを反比例的に低減できる。よって、短絡耐量を向上し、帰還容量Crssを低減できるSiC半導体装置101を提供できる。
This narrows the current path of the short-circuit current flowing between the main surface source electrode layer 121 and the drain electrode layer 133. In addition, the depletion layer extending from the boundary region between the SiC semiconductor layer 102 and the deep well region 165 reduces the feedback capacitance Crss inversely proportionally. This makes it possible to provide a SiC semiconductor device 101 that can improve short-circuit resistance and reduce the feedback capacitance Crss.
SiC半導体層102およびディープウェル領域165の間の境界領域(pn接合部)から拡がる空乏層は、ゲートトレンチ142の底壁にオーバラップしてもよい。この場合、ディープウェル領域165の底部から拡がる空乏層が、ゲートトレンチ142の底壁にオーバラップしてもよい。
The depletion layer extending from the boundary region (pn junction) between the SiC semiconductor layer 102 and the deep well region 165 may overlap the bottom wall of the gate trench 142. In this case, the depletion layer extending from the bottom of the deep well region 165 may overlap the bottom wall of the gate trench 142.
また、SiC半導体装置101によれば、SiC半導体層102において空乏層が占める領域を増加させることができるから、帰還容量Crssを反比例的に低減できる。帰還容量Crssは、ゲート電極層149およびドレイン電極層133の間の静電容量である。
In addition, according to the SiC semiconductor device 101, the area occupied by the depletion layer in the SiC semiconductor layer 102 can be increased, so that the feedback capacitance Crss can be reduced inversely proportionally. The feedback capacitance Crss is the electrostatic capacitance between the gate electrode layer 149 and the drain electrode layer 133.
また、SiC半導体装置101によれば、各ディープウェル領域165の底部およびSiC半導体層102の第2主面104の間の距離は、ほぼ一定である。これにより、各ディープウェル領域165の底部およびSiC半導体層102の第2主面104の間の距離にバラツキが生じるのを抑制できる。
In addition, according to the SiC semiconductor device 101, the distance between the bottom of each deep well region 165 and the second main surface 104 of the SiC semiconductor layer 102 is approximately constant. This makes it possible to suppress variation in the distance between the bottom of each deep well region 165 and the second main surface 104 of the SiC semiconductor layer 102.
よって、SiC半導体層102の耐圧(たとえば破壊耐量)が、ディープウェル領域165の形態によって制限を受けることを抑制できるから、耐圧の向上を適切に図ることができる。
This makes it possible to prevent the breakdown voltage (e.g., breakdown resistance) of the SiC semiconductor layer 102 from being limited by the shape of the deep well region 165, thereby enabling the breakdown voltage to be appropriately improved.
また、SiC半導体装置101によれば、外側領域112にダイオード領域181が形成されている。このダイオード領域181は、主面ソース電極層121に電気的に接続されている。これにより、外側領域112で生じたアバランシェ電流を、ダイオード領域181を介して主面ソース電極層121に流し込むことができる。
In addition, according to the SiC semiconductor device 101, a diode region 181 is formed in the outer region 112. This diode region 181 is electrically connected to the main surface source electrode layer 121. This allows the avalanche current generated in the outer region 112 to flow into the main surface source electrode layer 121 via the diode region 181.
つまり、外側領域112で生じたアバランシェ電流を、ダイオード領域181および主面ソース電極層121によって吸収できる。その結果、MISFETの動作の安定性を高めることができる。
In other words, the avalanche current generated in the outer region 112 can be absorbed by the diode region 181 and the main surface source electrode layer 121. As a result, the stability of the MISFET operation can be improved.
また、SiC半導体装置101によれば、外側領域112に外側ディープウェル領域182が形成されている。これにより、外側領域112において、SiC半導体層102の耐圧を調整できる。
In addition, according to the SiC semiconductor device 101, an outer deep well region 182 is formed in the outer region 112. This allows the breakdown voltage of the SiC semiconductor layer 102 to be adjusted in the outer region 112.
特に、SiC半導体装置101によれば、外側ディープウェル領域182は、ディープウェル領域165とほぼ等しい深さ位置に形成されている。より具体的には、外側ディープウェル領域182の底部は、ディープウェル領域165の底部とほぼ同一平面上に位置している。
In particular, in the SiC semiconductor device 101, the outer deep well region 182 is formed at a depth position substantially equal to that of the deep well region 165. More specifically, the bottom of the outer deep well region 182 is located on substantially the same plane as the bottom of the deep well region 165.
外側ディープウェル領域182の底部およびSiC半導体層102の第2主面104の間の距離は、ディープウェル領域165の底部およびSiC半導体層102の第2主面104の間の距離とほぼ等しい。
The distance between the bottom of the outer deep well region 182 and the second major surface 104 of the SiC semiconductor layer 102 is approximately equal to the distance between the bottom of the deep well region 165 and the second major surface 104 of the SiC semiconductor layer 102.
これにより、外側ディープウェル領域182の底部およびSiC半導体層102の第2主面104の間の距離と、ディープウェル領域165の底部およびSiC半導体層102の第2主面104の間の距離との間で、バラツキが生じるのを抑制できる。
This makes it possible to suppress variation between the distance between the bottom of the outer deep well region 182 and the second main surface 104 of the SiC semiconductor layer 102 and the distance between the bottom of the deep well region 165 and the second main surface 104 of the SiC semiconductor layer 102.
よって、SiC半導体層102の耐圧(たとえば破壊耐量)が、外側ディープウェル領域182の形態およびディープウェル領域165の形態によって制限を受けることを抑制できる。その結果、耐圧の向上を適切に図ることができる。
This makes it possible to prevent the breakdown voltage (e.g., breakdown resistance) of the SiC semiconductor layer 102 from being limited by the shape of the outer deep well region 182 and the shape of the deep well region 165. As a result, the breakdown voltage can be appropriately improved.
特に、SiC半導体装置101では、外側領域112をアクティブ領域111に対してSiC半導体層102の第2主面104側の領域に形成している。これにより、外側ディープウェル領域182の底部の位置を、適切に、ディープウェル領域165の底部の位置に近づけることができる。
In particular, in the SiC semiconductor device 101, the outer region 112 is formed in the region on the second main surface 104 side of the SiC semiconductor layer 102 relative to the active region 111. This allows the position of the bottom of the outer deep well region 182 to be appropriately brought close to the position of the bottom of the deep well region 165.
つまり、外側ディープウェル領域182の形成時において、SiC半導体層102の第1主面103の表層部の比較的深い位置にp型不純物を導入する必要がなくなる。したがって、ディープウェル領域165の底部の位置に対して外側ディープウェル領域182の底部の位置が大きくずれ込むことを、適切に抑制できる。
In other words, when forming the outer deep well region 182, it is no longer necessary to introduce p-type impurities into a relatively deep position in the surface layer of the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102. Therefore, it is possible to appropriately prevent the position of the bottom of the outer deep well region 182 from shifting significantly from the position of the bottom of the deep well region 165.
しかも、SiC半導体装置101では、外側領域112の外側主面172が、ソーストレンチ155の底壁とほぼ同一平面上に位置している。これにより、等しいエネルギによってソーストレンチ155の底壁および外側領域112の外側主面172に対してp型不純物を導入する場合には、ディープウェル領域165および外側ディープウェル領域182をほぼ等しい深さ位置に形成できる。
Moreover, in the SiC semiconductor device 101, the outer major surface 172 of the outer region 112 is located on approximately the same plane as the bottom wall of the source trench 155. This allows the deep well region 165 and the outer deep well region 182 to be formed at approximately the same depth when p-type impurities are introduced into the bottom wall of the source trench 155 and the outer major surface 172 of the outer region 112 with equal energy.
その結果、ディープウェル領域165の底部の位置に対して外側ディープウェル領域182の底部の位置が大きくずれ込むことを、より一層適切に抑制できる。
As a result, it is possible to more appropriately prevent the position of the bottom of the outer deep well region 182 from shifting significantly from the position of the bottom of the deep well region 165.
また、SiC半導体装置101によれば、外側領域112にフィールドリミット構造183が形成されている。これにより、外側領域112において、フィールドリミット構造183による電界緩和効果を得ることができる。よって、SiC半導体層102の破壊耐量を適切に向上できる。
In addition, according to the SiC semiconductor device 101, a field limit structure 183 is formed in the outer region 112. This makes it possible to obtain an electric field relaxation effect due to the field limit structure 183 in the outer region 112. Therefore, the breakdown resistance of the SiC semiconductor layer 102 can be appropriately improved.
また、SiC半導体装置101によれば、アクティブ領域111が、台地状のアクティブ台地173として形成されている。アクティブ台地173は、アクティブ領域111のアクティブ主面171および外側領域112の外側主面172を接続するアクティブ側壁174を含む。
In addition, according to the SiC semiconductor device 101, the active region 111 is formed as a plateau-shaped active plateau 173. The active plateau 173 includes an active sidewall 174 that connects the active main surface 171 of the active region 111 and the outer main surface 172 of the outer region 112.
アクティブ主面171および外側主面172の間の領域には、アクティブ主面171および外側主面172の間の段差を緩和する段差緩和構造が形成されている。段差緩和構造は、サイドウォール192を含む。
In the region between the active main surface 171 and the outer main surface 172, a step reduction structure is formed to reduce the step between the active main surface 171 and the outer main surface 172. The step reduction structure includes a sidewall 192.
これにより、アクティブ主面171および外側主面172の間の段差を適切に緩和できる。よって、サイドウォール192の上に形成される上層構造の平坦性を適切に高めることができる。SiC半導体装置101では、上層構造の一例として、層間絶縁層201、主面ソース電極層121、パッシベーション層125および樹脂層129が形成されている。
This allows the step between the active main surface 171 and the outer main surface 172 to be appropriately reduced. This allows the flatness of the upper layer structure formed on the sidewall 192 to be appropriately improved. In the SiC semiconductor device 101, an interlayer insulating layer 201, a main surface source electrode layer 121, a passivation layer 125, and a resin layer 129 are formed as an example of the upper layer structure.
また、SiC半導体装置101によれば、外側領域112において、樹脂層129の接続強度を高めるためのアンカー構造が形成されている。アンカー構造は、外側領域112においてSiC半導体層102の第1主面103に形成された凹凸構造(Uneven Structure)を含む。
In addition, according to the SiC semiconductor device 101, an anchor structure is formed in the outer region 112 to increase the connection strength of the resin layer 129. The anchor structure includes an uneven structure formed on the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102 in the outer region 112.
凹凸構造(アンカー構造)は、より具体的には、外側領域112においてSiC半導体層102の第1主面103に形成された層間絶縁層201を利用して形成された凹凸を含む。さらに具体的には、凹凸構造(アンカー構造)は、層間絶縁層201に形成されたアンカー孔205を含む。
More specifically, the uneven structure (anchor structure) includes unevenness formed in the outer region 112 by utilizing the interlayer insulating layer 201 formed on the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102. Even more specifically, the uneven structure (anchor structure) includes anchor holes 205 formed in the interlayer insulating layer 201.
樹脂層129は、このアンカー孔205に噛合っている。樹脂層129は、この形態では、パッシベーション層125を介して、アンカー孔205に噛合っている。これにより、SiC半導体層102の第1主面103に対する樹脂層129の接続強度を高めることができるから、樹脂層129の剥離を適切に抑制できる。
The resin layer 129 is engaged with the anchor hole 205. In this embodiment, the resin layer 129 is engaged with the anchor hole 205 via the passivation layer 125. This increases the connection strength of the resin layer 129 to the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102, thereby appropriately suppressing peeling of the resin layer 129.
また、SiC半導体装置101によれば、ゲートトレンチ142にゲート絶縁層148を挟んでゲート電極層149が埋め込まれたトレンチゲート構造161が形成されている。このトレンチゲート構造161では、ゲート電極層149が、ゲートトレンチ142という限られたスペースにおいて低抵抗電極層167によって被覆されている。このような構造によれば、図25を用いて説明される効果を奏することができる。
In addition, according to the SiC semiconductor device 101, a trench gate structure 161 is formed in which a gate electrode layer 149 is embedded in the gate trench 142 with a gate insulating layer 148 sandwiched therebetween. In this trench gate structure 161, the gate electrode layer 149 is covered with a low resistance electrode layer 167 in the limited space of the gate trench 142. With such a structure, it is possible to achieve the effects described with reference to FIG. 25.
図25は、ゲートトレンチ142内のシート抵抗を説明するためのグラフである。図25において縦軸はシート抵抗[Ω/□]を表しており、横軸は項目を表している。図25には、第1棒グラフBL1、第2棒グラフBL2および第3棒グラフBL3が示されている。
Figure 25 is a graph to explain the sheet resistance in the gate trench 142. In Figure 25, the vertical axis represents the sheet resistance [Ω/□], and the horizontal axis represents the items. Figure 25 shows a first bar graph BL1, a second bar graph BL2, and a third bar graph BL3.
第1棒グラフBL1は、n型ポリシリコンが埋め込まれたゲートトレンチ142内のシート抵抗を表している。第2棒グラフBL2は、p型ポリシリコンが埋め込まれたゲートトレンチ142内のシート抵抗を表している。
The first bar graph BL1 represents the sheet resistance in the gate trench 142 filled with n-type polysilicon. The second bar graph BL2 represents the sheet resistance in the gate trench 142 filled with p-type polysilicon.
第3棒グラフBL3は、ゲート電極層149(p型ポリシリコン)および低抵抗電極層167が埋め込まれたゲートトレンチ142内のシート抵抗を表している。ここでは、ポリサイド(シリサイド)の一例としてのTiSi2(p型チタンシリサイド)からなる低抵抗電極層167が形成された場合について説明する。
The third bar graph BL3 represents the sheet resistance in the gate trench 142 in which the gate electrode layer 149 (p-type polysilicon) and the low-resistance electrode layer 167 are embedded. Here, a case will be described in which the low-resistance electrode layer 167 is formed of TiSi 2 (p-type titanium silicide) as an example of polycide (silicide).
第1棒グラフBL1を参照して、n型ポリシリコンが埋め込まれたゲートトレンチ142内のシート抵抗は、10Ω/□であった。第2棒グラフBL2を参照して、p型ポリシリコンが埋め込まれたゲートトレンチ142内のシート抵抗は、200Ω/□であった。第3棒グラフBL3を参照して、ゲート電極層149(p型ポリシリコン)および低抵抗電極層167が埋め込まれたゲートトレンチ142内のシート抵抗は、2Ω/□であった。
Referring to the first bar graph BL1, the sheet resistance in the gate trench 142 filled with n-type polysilicon was 10 Ω/□.Referring to the second bar graph BL2, the sheet resistance in the gate trench 142 filled with p-type polysilicon was 200 Ω/□.Referring to the third bar graph BL3, the sheet resistance in the gate trench 142 filled with the gate electrode layer 149 (p-type polysilicon) and the low resistance electrode layer 167 was 2 Ω/□.
p型ポリシリコンは、n型ポリシリコンとは相異なる仕事関数を有している。p型ポリシリコンがゲートトレンチ142に埋め込まれた構造によれば、ゲート閾値電圧Vthを1V程度増加させることができる。
P-type polysilicon has a different work function from n-type polysilicon. With a structure in which p-type polysilicon is embedded in the gate trench 142, the gate threshold voltage Vth can be increased by about 1 V.
しかし、p型ポリシリコンは、n型ポリシリコンのシート抵抗よりも数十倍(ここでは20倍)高いシート抵抗を有している。そのため、ゲート電極層149の材料としてp型ポリシリコンを採用した場合、ゲートトレンチ142内の寄生抵抗(以下、単に「ゲート抵抗」という。)の増加に伴ってエネルギ損失が著しく増大する。
However, p-type polysilicon has a sheet resistance several tens of times (here, 20 times) higher than that of n-type polysilicon. Therefore, when p-type polysilicon is used as the material for the gate electrode layer 149, the energy loss increases significantly as the parasitic resistance in the gate trench 142 (hereinafter simply referred to as "gate resistance") increases.
これに対して、ゲート電極層149(p型ポリシリコン)の上に低抵抗電極層167を有する構造によれば、低抵抗電極層167を形成しない場合と比較して、シート抵抗を100分の1以下に低下させることができる。つまり、低抵抗電極層167を有する構造によれば、n型ポリシリコンを含むゲート電極層149と比較して、シート抵抗を5分の1以下に低下させることができる。
In contrast, a structure having a low resistance electrode layer 167 on the gate electrode layer 149 (p-type polysilicon) can reduce the sheet resistance to 1/100 or less compared to a structure in which the low resistance electrode layer 167 is not formed. In other words, a structure having a low resistance electrode layer 167 can reduce the sheet resistance to 1/5 or less compared to a gate electrode layer 149 including n-type polysilicon.
このように、低抵抗電極層167を有する構造によれば、ゲート閾値電圧Vthを増加(たとえば1V程度増加)させながら、ゲートトレンチ142内のシート抵抗を低減できる。これにより、ゲート抵抗の低減を図ることができるから、トレンチゲート構造161に沿って電流を効率的に拡散させることができる。その結果、スイッチング遅延の短縮を図ることができる。
In this way, the structure having the low resistance electrode layer 167 can reduce the sheet resistance in the gate trench 142 while increasing the gate threshold voltage Vth (for example, by about 1 V). This reduces the gate resistance, and allows the current to be efficiently diffused along the trench gate structure 161. As a result, the switching delay can be reduced.
また、低抵抗電極層167を有する構造によれば、ボディ領域141のp型不純物濃度よびコンタクト領域164のp型不純物濃度を増加させなくて済む。よって、チャネル抵抗の増加を抑制しながら、ゲート閾値電圧Vthを適切に増加させることができる。
In addition, the structure having the low resistance electrode layer 167 eliminates the need to increase the p-type impurity concentration in the body region 141 and the p-type impurity concentration in the contact region 164. This makes it possible to appropriately increase the gate threshold voltage Vth while suppressing an increase in channel resistance.
低抵抗電極層167は、TiSi、TiSi2、NiSi、CoSi、CoSi2、MoSi2またはWSi2のうちの少なくとも1種を含むことができる。とりわけ、これらの種のうちのNiSi、CoSi2およびTiSi2は、比抵抗の値および温度依存性が比較的小さいことから、低抵抗電極層167を形成するポリサイド層として適している。
The low resistance electrode layer 167 may include at least one of TiSi, TiSi 2 , NiSi, CoSi, CoSi 2 , MoSi 2 , and WSi 2. Among these materials, NiSi, CoSi 2 and TiSi 2 are particularly suitable as a polycide layer for forming the low resistance electrode layer 167, since they have relatively small resistivity and temperature dependency.
本願発明者らのさらなる検証の結果、TiSi2を低抵抗電極層167の材料として採用した場合、低電界印加時においてゲートソース間のリーク電流の増加が観られた。これに対して、CoSi2が採用された場合は、低電界印加時においてゲートソース間のリーク電流の増加は見受けられなかった。この点を考慮すると、低抵抗電極層167を形成するポリサイド層としては、CoSi2が最も好ましいと考えられる。
As a result of further verification by the inventors of the present application, when TiSi2 was used as the material for the low resistance electrode layer 167, an increase in the leakage current between the gate and the source was observed when a low electric field was applied. In contrast, when CoSi2 was used, no increase in the leakage current between the gate and the source was observed when a low electric field was applied. Considering this point, it is considered that CoSi2 is most preferable as the polycide layer forming the low resistance electrode layer 167.
さらに、SiC半導体装置101によれば、ゲート配線層150が低抵抗電極層167によって被覆されている。これにより、ゲート配線層150におけるゲート抵抗の低減も図ることができる。
Furthermore, in the SiC semiconductor device 101, the gate wiring layer 150 is covered with the low resistance electrode layer 167. This also reduces the gate resistance in the gate wiring layer 150.
特に、ゲート電極層149およびゲート配線層150が低抵抗電極層167によって被覆されている構造では、トレンチゲート構造161に沿って電流を効率的に拡散させることができる。よって、スイッチング遅延の短縮を適切に図ることができる。
In particular, in a structure in which the gate electrode layer 149 and the gate wiring layer 150 are covered with the low-resistance electrode layer 167, the current can be efficiently diffused along the trench gate structure 161. Therefore, the switching delay can be appropriately reduced.
図26は、図19に対応する領域の拡大図であって、本発明の第4実施形態に係るSiC半導体装置221を示す拡大図である。図27は、図26に示すXXVII-XXVII線に沿う断面図である。以下では、SiC半導体装置101に対して述べた構造に対応する構造については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
Figure 26 is an enlarged view of the area corresponding to Figure 19, showing a SiC semiconductor device 221 according to the fourth embodiment of the present invention. Figure 27 is a cross-sectional view taken along line XXVII-XXVII shown in Figure 26. In the following, structures corresponding to those described for the SiC semiconductor device 101 are given the same reference numerals and will not be described.
図26および図27を参照して、SiC半導体装置221は、アクティブ領域111においてSiC半導体層102の第1主面103に形成された外側ゲートトレンチ222を含む。外側ゲートトレンチ222は、アクティブ領域111の周縁部に沿って帯状に延びる。
26 and 27, the SiC semiconductor device 221 includes an outer gate trench 222 formed in the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102 in the active region 111. The outer gate trench 222 extends in a strip shape along the periphery of the active region 111.
外側ゲートトレンチ222は、SiC半導体層102の第1主面103において外側ゲートフィンガー117の直下の領域に形成されている。外側ゲートトレンチ222は、外側ゲートフィンガー117に沿って延びている。
The outer gate trench 222 is formed in a region directly below the outer gate finger 117 on the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102. The outer gate trench 222 extends along the outer gate finger 117.
外側ゲートトレンチ222は、より具体的には、アクティブ領域111の内方領域を3方向から区画するように、SiC半導体層102の3つの側面105A,105B,105Dに沿って形成されている。外側ゲートトレンチ222は、アクティブ領域111の内方領域を取り囲む無端状(たとえば四角環状)に形成されていてもよい。
More specifically, the outer gate trench 222 is formed along the three side surfaces 105A, 105B, and 105D of the SiC semiconductor layer 102 so as to partition the inner region of the active region 111 from three directions. The outer gate trench 222 may be formed in an endless shape (e.g., a rectangular ring shape) surrounding the inner region of the active region 111.
外側ゲートトレンチ222は、各ゲートトレンチ142のコンタクトトレンチ部144に連通している。これにより、外側ゲートトレンチ222およびゲートトレンチ142は、一つのトレンチによって形成されている。
The outer gate trench 222 is connected to the contact trench portion 144 of each gate trench 142. As a result, the outer gate trench 222 and the gate trench 142 are formed by a single trench.
外側ゲートトレンチ222には、ゲート配線層150が埋め込まれている。ゲート配線層150は、ゲートトレンチ142および外側ゲートトレンチ222の連通部においてゲート電極層149に接続されている。
A gate wiring layer 150 is embedded in the outer gate trench 222. The gate wiring layer 150 is connected to the gate electrode layer 149 at the communicating portion between the gate trench 142 and the outer gate trench 222.
外側ゲートトレンチ222には、ゲート配線層150を被覆する低抵抗電極層167が形成されている。この場合、ゲート電極層149を被覆する低抵抗電極層167およびゲート配線層150を被覆する低抵抗電極層167は、一つのトレンチ内に位置する。
In the outer gate trench 222, a low resistance electrode layer 167 that covers the gate wiring layer 150 is formed. In this case, the low resistance electrode layer 167 that covers the gate electrode layer 149 and the low resistance electrode layer 167 that covers the gate wiring layer 150 are located within one trench.
以上、SiC半導体装置221によっても、SiC半導体装置101に対して述べた効果と同様の効果を奏することができる。また、SiC半導体装置221によれば、ゲート配線層150をSiC半導体層102の第1主面103の上に引き出す必要がない。
As described above, the SiC semiconductor device 221 can achieve the same effects as those described for the SiC semiconductor device 101. Furthermore, with the SiC semiconductor device 221, it is not necessary to extend the gate wiring layer 150 onto the first main surface 103 of the SiC semiconductor layer 102.
これにより、ゲートトレンチ142(外側ゲートトレンチ222)の開口エッジ部146において、ゲート配線層150がゲート絶縁層148を挟んでSiC半導体層102に対向することを抑制できる。その結果、ゲートトレンチ142(外側ゲートトレンチ222)の開口エッジ部146における電界の集中を抑制できる。
This prevents the gate wiring layer 150 from facing the SiC semiconductor layer 102 across the gate insulating layer 148 at the opening edge 146 of the gate trench 142 (outer gate trench 222). As a result, electric field concentration at the opening edge 146 of the gate trench 142 (outer gate trench 222) can be suppressed.
図28は、図22に対応する領域の拡大図であって、本発明の第5実施形態に係るSiC半導体装置231を示す拡大図である。以下では、SiC半導体装置101に対して述べた構造に対応する構造については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
Figure 28 is an enlarged view of the area corresponding to Figure 22, showing a SiC semiconductor device 231 according to the fifth embodiment of the present invention. In the following, structures corresponding to those described for the SiC semiconductor device 101 are given the same reference numerals and will not be described.
図28を参照して、SiCエピタキシャル層107は、この形態では、高濃度領域108、低濃度領域109、ならびに、高濃度領域108および低濃度領域109の間に介在する濃度勾配領域232を含む。
Referring to FIG. 28, in this embodiment, the SiC epitaxial layer 107 includes a high concentration region 108, a low concentration region 109, and a concentration gradient region 232 interposed between the high concentration region 108 and the low concentration region 109.
濃度勾配領域232は、SiCエピタキシャル層107において、アクティブ領域111に加えて外側領域112にも形成されている。濃度勾配領域232は、SiCエピタキシャル層107の全域に形成されている。
In the SiC epitaxial layer 107, the concentration gradient region 232 is formed in the outer region 112 as well as in the active region 111. The concentration gradient region 232 is formed throughout the entire SiC epitaxial layer 107.
濃度勾配領域232は、高濃度領域108から低濃度領域109に向けてn型不純物濃度が漸減する濃度勾配を有している。換言すると、濃度勾配領域232は、低濃度領域109から高濃度領域108に向けてn型不純物濃度が漸増する濃度勾配を有している。濃度勾配領域232は、高濃度領域108および低濃度領域109の間の領域においてn型不純物濃度の急激な変動を抑制する。
The concentration gradient region 232 has a concentration gradient in which the n-type impurity concentration gradually decreases from the high concentration region 108 toward the low concentration region 109. In other words, the concentration gradient region 232 has a concentration gradient in which the n-type impurity concentration gradually increases from the low concentration region 109 toward the high concentration region 108. The concentration gradient region 232 suppresses abrupt fluctuations in the n-type impurity concentration in the region between the high concentration region 108 and the low concentration region 109.
SiCエピタキシャル層107が濃度勾配領域232を含む場合、高濃度領域108のn型不純物濃度は、低濃度領域109のn型不純物濃度の1.5倍以上5倍以下であることが好ましい。高濃度領域108のn型不純物濃度は、低濃度領域109のn型不純物濃度の3倍以上5倍以下であってもよい。
When the SiC epitaxial layer 107 includes a concentration gradient region 232, the n-type impurity concentration of the high concentration region 108 is preferably 1.5 to 5 times the n-type impurity concentration of the low concentration region 109. The n-type impurity concentration of the high concentration region 108 may be 3 to 5 times the n-type impurity concentration of the low concentration region 109.
濃度勾配領域232の厚さは、0.5μm以上2.0μm以下であってもよい。濃度勾配領域232の厚さは、0.5μm以上1.0μm以下、1.0μm以上1.5μm以下または1.5μm以上2.0μm以下であってもよい。
The thickness of the concentration gradient region 232 may be 0.5 μm or more and 2.0 μm or less. The thickness of the concentration gradient region 232 may be 0.5 μm or more and 1.0 μm or less, 1.0 μm or more and 1.5 μm or less, or 1.5 μm or more and 2.0 μm or less.
具体的な説明は省略されるが、前述のゲートトレンチ142、ソーストレンチ155、ディープウェル領域165、外側ディープウェル領域182等は、高濃度領域108に形成されている。
Although a detailed description will be omitted, the aforementioned gate trench 142, source trench 155, deep well region 165, outer deep well region 182, etc. are formed in the high concentration region 108.
つまり、前述のゲートトレンチ142、ソーストレンチ155、ディープウェル領域165、外側ディープウェル領域182等は、SiC半導体層102において高濃度領域108および濃度勾配領域232の境界領域に対して第1主面103側の領域に形成されている。
In other words, the aforementioned gate trench 142, source trench 155, deep well region 165, outer deep well region 182, etc. are formed in the region of the SiC semiconductor layer 102 on the first main surface 103 side relative to the boundary region between the high concentration region 108 and the concentration gradient region 232.
以上、SiC半導体装置231によっても、SiC半導体装置101に対して述べた効果と同様の効果を奏することができる。
As described above, the SiC semiconductor device 231 can achieve the same effects as those described for the SiC semiconductor device 101.
図29は、図19に対応する領域の拡大図であって、本発明の第6実施形態に係るSiC半導体装置241を示す拡大図である。以下では、SiC半導体装置101に対して述べた構造に対応する構造については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
Figure 29 is an enlarged view of the area corresponding to Figure 19, showing a SiC semiconductor device 241 according to a sixth embodiment of the present invention. In the following, structures corresponding to those described for the SiC semiconductor device 101 are given the same reference numerals and will not be described.
図29を参照して、ゲートトレンチ142は、この形態では、平面視において格子形状に形成されている。ゲートトレンチ142は、より具体的には、複数の第1ゲートトレンチ242および複数の第2ゲートトレンチ243を含む。複数の第1ゲートトレンチ242および複数の第2ゲートトレンチ243は、アクティブトレンチ部143を形成している。
Referring to FIG. 29, in this embodiment, the gate trench 142 is formed in a lattice shape in a plan view. More specifically, the gate trench 142 includes a plurality of first gate trenches 242 and a plurality of second gate trenches 243. The plurality of first gate trenches 242 and the plurality of second gate trenches 243 form an active trench portion 143.
複数の第1ゲートトレンチ242は、第2方向Yに間隔を空けて形成され、第1方向Xに沿って延びる帯状にそれぞれ形成されている。複数の第1ゲートトレンチ242は、平面視において全体としてストライプ状に形成されている。
The first gate trenches 242 are spaced apart in the second direction Y and are each formed in a strip shape extending along the first direction X. The first gate trenches 242 are formed in a stripe shape overall in a plan view.
各第1ゲートトレンチ242において長辺を形成する側壁は、SiC単結晶のa面によって形成されている。各第1ゲートトレンチ242において短辺を形成する側壁は、SiC単結晶のm面によって形成されている。
The sidewalls forming the long sides of each first gate trench 242 are formed by the a-plane of the SiC single crystal. The sidewalls forming the short sides of each first gate trench 242 are formed by the m-plane of the SiC single crystal.
複数の第2ゲートトレンチ243は、第1方向Xに間隔を空けて形成され、第2方向Yに沿って延びる帯状にそれぞれ形成されている。複数の第2ゲートトレンチ243は、平面視において全体としてストライプ状に形成されている。
The second gate trenches 243 are spaced apart in the first direction X and are each formed in a strip shape extending along the second direction Y. The second gate trenches 243 are formed in a stripe shape overall in a plan view.
各第2ゲートトレンチ243において長辺を形成する側壁は、SiC単結晶のm面によって形成されている。各第2ゲートトレンチ243において短辺を形成する側壁は、SiC単結晶のa面によって形成されている。
The sidewalls forming the long sides of each second gate trench 243 are formed by the m-plane of the SiC single crystal. The sidewalls forming the short sides of each second gate trench 243 are formed by the a-plane of the SiC single crystal.
複数の第1ゲートトレンチ242および複数の第2ゲートトレンチ243は、互いに交差している。これにより、平面視において格子形状の1つのゲートトレンチ142が形成されている。ゲートトレンチ142によって取り囲まれた領域には、複数のセル領域244が区画されている。
The multiple first gate trenches 242 and the multiple second gate trenches 243 intersect with each other. This forms a single gate trench 142 that has a lattice shape in a plan view. A number of cell regions 244 are defined in the area surrounded by the gate trench 142.
複数のセル領域244は、平面視において第1方向Xおよび第2方向Yに間隔を空けて行列状に配列されている。複数のセル領域244は、平面視において四角形状に形成されている。各セル領域244においてボディ領域141は、ゲートトレンチ142の側壁から露出している。ボディ領域141は、ゲートトレンチ142においてSiC単結晶のm面およびa面によって形成された側壁から露出している。
The multiple cell regions 244 are arranged in a matrix at intervals in the first direction X and the second direction Y in a plan view. The multiple cell regions 244 are formed in a rectangular shape in a plan view. In each cell region 244, the body region 141 is exposed from the sidewall of the gate trench 142. The body region 141 is exposed from the sidewall of the gate trench 142 formed by the m-plane and a-plane of the SiC single crystal.
むろん、ゲートトレンチ142は、平面視において格子形状の一態様としてのハニカム形状に形成されていてもよい。この場合、複数のセル領域244は、第1方向Xおよび第2方向Yに間隔を空けて千鳥状に配列されていてもよい。また、この場合、複数のセル領域244は、平面視において六角形状に形成されていてもよい。
Of course, the gate trench 142 may be formed in a honeycomb shape as a form of a lattice shape in a plan view. In this case, the multiple cell regions 244 may be arranged in a staggered pattern with intervals in the first direction X and the second direction Y. Also, in this case, the multiple cell regions 244 may be formed in a hexagonal shape in a plan view.
各ソーストレンチ155は、平面視において各セル領域244の中央部に形成されている。各ソーストレンチ155は、各セル領域244を第1方向Xに沿って切断したときに現れる切断面に1つ現れるパターンで形成されている。また、各ソーストレンチ155は、各セル領域244を第2方向Yに沿って切断したときに現れる切断面に1つ現れるパターンで形成されている。
Each source trench 155 is formed in the center of each cell region 244 in a plan view. Each source trench 155 is formed in a pattern that appears on a cut surface that appears when each cell region 244 is cut along the first direction X. Also, each source trench 155 is formed in a pattern that appears on a cut surface that appears when each cell region 244 is cut along the second direction Y.
各ソーストレンチ155は、より具体的には、平面視において四角形状に形成されている。各ソーストレンチ155の4つの側壁は、SiC単結晶のm面およびa面によって形成されている。
More specifically, each source trench 155 is formed in a rectangular shape in a plan view. The four side walls of each source trench 155 are formed by the m-plane and a-plane of the SiC single crystal.
各ソーストレンチ155の平面形状は任意である。各ソーストレンチ155は、平面視において三角形状、五角形状、六角形状等の多角形状、もしくは、円形状または楕円形状に形成されていてもよい。
The planar shape of each source trench 155 is arbitrary. Each source trench 155 may be formed in a polygonal shape such as a triangular shape, a pentagonal shape, or a hexagonal shape, or in a circular or elliptical shape in a planar view.
図29のXX-XX線に沿う断面図は、図20に示す断面図に対応している。図29のXXI-XXI線に沿う断面図は、図21に示す断面図に対応している。
The cross-sectional view taken along line XX-XX in FIG. 29 corresponds to the cross-sectional view shown in FIG. 20. The cross-sectional view taken along line XXI-XXI in FIG. 29 corresponds to the cross-sectional view shown in FIG. 21.
以上、SiC半導体装置241によっても、SiC半導体装置101に対して述べた効果と同様の効果を奏することができる。
As described above, the SiC semiconductor device 241 can achieve the same effects as those described for the SiC semiconductor device 101.
本発明の実施形態について説明したが、本発明の実施形態は、さらに他の形態で実施することもできる。
Although an embodiment of the present invention has been described, the embodiment of the present invention can also be implemented in other forms.
前述の各実施形態では、SiC半導体層2,102の側面5A,105Aおよび側面5C,105CがSiC単結晶のa面に面し、側面5B,105Bおよび側面5D,105DがSiC単結晶のm面に面する形態について説明した。しかし、側面5A,105Aおよび側面5C,105CがSiC単結晶のm面に面し、側面5B,105Bおよび側面5D,105DがSiC単結晶のa面に面する形態が採用されてもよい。
In each of the above-described embodiments, the side surfaces 5A, 105A and 5C, 105C of the SiC semiconductor layers 2, 102 face the a-plane of the SiC single crystal, and the side surfaces 5B, 105B and 5D, 105D face the m-plane of the SiC single crystal. However, a configuration in which the side surfaces 5A, 105A and 5C, 105C face the m-plane of the SiC single crystal, and the side surfaces 5B, 105B and 5D, 105D face the a-plane of the SiC single crystal may also be adopted.
前述の各実施形態では、連続的に延びる帯状の改質ライン22A~22Dが形成された例について説明した。しかし、前述の各実施形態において破線帯状(破線状)の改質ライン22A~22Dが形成されていてもよい。つまり、改質ライン22A~22Dは、断続的に延びる帯状に形成されていてもよい。この場合、改質ライン22A~22Dのうちの1つ、2つまたは3つが破線帯状に形成され、残りが帯状に形成されていてもよい。
In each of the above-described embodiments, examples have been described in which the reforming lines 22A-22D are formed in a continuous band shape. However, in each of the above-described embodiments, the reforming lines 22A-22D may be formed in a dashed band shape (broken line shape). In other words, the reforming lines 22A-22D may be formed in a band shape that extends intermittently. In this case, one, two, or three of the reforming lines 22A-22D may be formed in a dashed band shape, and the rest may be formed in a band shape.
前述の第3~第6実施形態では、SiC単結晶のm軸方向([1-100]方向)に沿って延びる複数のゲートトレンチ142(第1ゲートトレンチ242)が形成された例について説明した。
In the third to sixth embodiments described above, an example was described in which multiple gate trenches 142 (first gate trenches 242) were formed extending along the m-axis direction ([1-100] direction) of the SiC single crystal.
しかし、SiC単結晶のa軸方向([11-20]方向)に沿って延びる複数のゲートトレンチ142(第1ゲートトレンチ242)が形成されてもよい。この場合、SiC単結晶のa軸方向([11-20]方向)に沿って延びる複数のソーストレンチ155が形成される。
However, multiple gate trenches 142 (first gate trenches 242) may be formed extending along the a-axis direction ([11-20] direction) of the SiC single crystal. In this case, multiple source trenches 155 are formed extending along the a-axis direction ([11-20] direction) of the SiC single crystal.
前述の第3~第6実施形態では、ソース電極層157がソース絶縁層156を挟んでソーストレンチ155に埋め込まれた例について説明した。しかし、ソース電極層157は、ソース絶縁層156を介さずにソーストレンチ155に直接埋め込まれていてもよい。
In the third to sixth embodiments described above, an example was described in which the source electrode layer 157 is embedded in the source trench 155 with the source insulating layer 156 sandwiched therebetween. However, the source electrode layer 157 may be embedded directly in the source trench 155 without the source insulating layer 156 being interposed therebetween.
前述の第3~第6実施形態では、ソース絶縁層156がソーストレンチ155の側壁および底壁に沿って形成された例について説明した。
In the third to sixth embodiments described above, examples were described in which the source insulating layer 156 was formed along the sidewalls and bottom wall of the source trench 155.
しかし、ソース絶縁層156は、ソーストレンチ155の底壁を露出させるように、ソーストレンチ155の側壁に沿って形成されていてもよい。ソース絶縁層156は、ソーストレンチ155の底壁の一部を露出させるように、ソーストレンチ155の側壁および底壁に沿って形成されていてもよい。
However, the source insulating layer 156 may be formed along the sidewalls of the source trench 155 so as to expose the bottom wall of the source trench 155. The source insulating layer 156 may be formed along the sidewalls and bottom wall of the source trench 155 so as to expose a portion of the bottom wall of the source trench 155.
また、ソース絶縁層156は、ソーストレンチ155の側壁を露出させるように、ソーストレンチ155の底壁に沿って形成されていてもよい。ソース絶縁層156は、ソーストレンチ155の側壁の一部を露出させるように、ソーストレンチ155の側壁および底壁に沿って形成されていてもよい。
The source insulating layer 156 may also be formed along the bottom wall of the source trench 155 so as to expose the sidewall of the source trench 155. The source insulating layer 156 may also be formed along the sidewall and bottom wall of the source trench 155 so as to expose a portion of the sidewall of the source trench 155.
前述の第3~第6実施形態では、p型不純物が添加されたp型ポリシリコンを含むゲート電極層149およびゲート配線層150が形成された例について説明した。しかし、ゲート閾値電圧Vthの増加を重視しない場合には、ゲート電極層149およびゲート配線層150は、p型ポリシリコンに代えてまたはこれに加えて、n型不純物が添加されたn型ポリシリコンを含んでいてもよい。
In the third to sixth embodiments described above, examples have been described in which the gate electrode layer 149 and the gate wiring layer 150 are formed to include p-type polysilicon doped with p-type impurities. However, if the increase in the gate threshold voltage Vth is not important, the gate electrode layer 149 and the gate wiring layer 150 may include n-type polysilicon doped with n-type impurities instead of or in addition to p-type polysilicon.
この場合、低抵抗電極層167は、ゲート電極層149(n型ポリシリコン)において表層部を形成する部分を金属材料によってシリサイド化することによって形成されていてもよい。つまり、低抵抗電極層167は、n型ポリサイドを含んでいてもよい。このような構造の場合、ゲート抵抗の低減を図ることができる。
In this case, the low resistance electrode layer 167 may be formed by silicidating the portion of the gate electrode layer 149 (n-type polysilicon) that forms the surface layer with a metal material. In other words, the low resistance electrode layer 167 may include n-type polycide. With such a structure, it is possible to reduce the gate resistance.
前述の第3~第6実施形態において、n+型のSiC半導体基板106に代えてp+型のSiC半導体基板(106)が採用されてもよい。この構造によれば、MISFETに代えて、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を提供できる。この場合、前述の各実施形態において、MISFETの「ソース」がIGBTの「エミッタ」に読み替えられ、MISFETの「ドレイン」がIGBTの「コレクタ」に読み替えられる。
In the third to sixth embodiments described above, ap + type SiC semiconductor substrate (106) may be adopted instead of the n + type SiC semiconductor substrate 106. With this structure, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) can be provided instead of the MISFET. In this case, in each of the above-described embodiments, the "source" of the MISFET is replaced with the "emitter" of the IGBT, and the "drain" of the MISFET is replaced with the "collector" of the IGBT.
前述の各実施形態において、各半導体部分の導電型が反転された構造が採用されてもよい。つまり、p型の部分がn型とされ、n型の部分がp型とされてもよい。
In each of the above-described embodiments, a structure in which the conductivity type of each semiconductor portion is inverted may be adopted. That is, the p-type portion may be made n-type, and the n-type portion may be made p-type.
前述の各実施形態は、SiCとは異なる半導体材料を用いた半導体装置にも適用できる。SiCとは異なる半導体材料は、化合物半導体材料であってもよい。化合物半導体材料は、窒化ガリウム(GaN)および酸化ガリウム(Ga2O3)のいずれか一方または双方であってもよい。
The above-described embodiments can also be applied to a semiconductor device using a semiconductor material other than SiC. The semiconductor material other than SiC may be a compound semiconductor material. The compound semiconductor material may be either or both of gallium nitride (GaN) and gallium oxide (Ga 2 O 3 ).
たとえば、前述の第3~第6実施形態は、SiCに代えて化合物半導体材料が採用された縦型の化合物半導体MISFETを備えた化合物半導体装置であってもよい。化合物半導体では、p型不純物(アクセプタ)として、マグネシウムが採用されてもよい。また、n型不純物(ドナー)として、ゲルマニウム(Ge)、酸素(O)またはケイ素(Si)が採用されてもよい。
For example, the third to sixth embodiments described above may be a compound semiconductor device including a vertical compound semiconductor MISFET in which a compound semiconductor material is used instead of SiC. In the compound semiconductor, magnesium may be used as a p-type impurity (acceptor). Also, germanium (Ge), oxygen (O), or silicon (Si) may be used as an n-type impurity (donor).
以下、この明細書および図面から抽出される特徴例を示す。
Below are examples of features extracted from this specification and drawings.
[A1]SiC単結晶を含み、素子形成面としての第1主面、前記第1主面の反対側の第2主面ならびに前記第1主面および前記第2主面を接続する側面を有するSiC半導体層と、前記SiC半導体層の前記側面に形成された粗面領域と、前記SiC半導体層の前記側面において前記粗面領域とは異なる領域に形成された滑面領域と、を含む、SiC半導体装置。
[A1] A SiC semiconductor device including a SiC single crystal, a SiC semiconductor layer having a first main surface as an element formation surface, a second main surface opposite the first main surface, and a side surface connecting the first main surface and the second main surface, a roughened surface region formed on the side surface of the SiC semiconductor layer, and a smooth surface region formed in an area of the side surface of the SiC semiconductor layer different from the roughened surface region.
このSiC半導体装置によれば、粗面領域で生じる毛細管現象を滑面領域によって抑制できる。よって、SiC半導体層の側面において導電接合材の濡れ拡がりを抑制できる。
With this SiC semiconductor device, the smooth surface area can suppress the capillary phenomenon that occurs in the rough surface area. This can suppress the wetting and spreading of the conductive bonding material on the side surface of the SiC semiconductor layer.
[A2]前記粗面領域は、前記SiC半導体層の前記第2主面側の領域に形成されており、前記滑面領域は、前記粗面領域に対して前記SiC半導体層の前記第1主面側の領域に形成されている、A1に記載のSiC半導体装置。
[A2] The SiC semiconductor device according to A1, in which the rough surface region is formed in a region on the second main surface side of the SiC semiconductor layer, and the smooth surface region is formed in a region on the first main surface side of the SiC semiconductor layer relative to the rough surface region.
[A3]前記粗面領域は、前記側面において前記第1主面の接線方向に沿って帯状に延び、前記滑面領域は、前記側面において前記第1主面の接線方向に沿って帯状に延びている、A1またはA2に記載のSiC半導体装置。
[A3] The SiC semiconductor device according to A1 or A2, in which the rough surface region extends in a band shape along the tangent direction of the first main surface on the side surface, and the smooth surface region extends in a band shape along the tangent direction of the first main surface on the side surface.
[A4]前記粗面領域は、前記側面において前記SiC半導体層を取り囲む環状に延び、前記滑面領域は、前記側面において前記SiC半導体層を取り囲む環状に延びている、A1~A3のいずれか1つに記載のSiC半導体装置。
[A4] The SiC semiconductor device according to any one of A1 to A3, in which the rough surface region extends in an annular shape surrounding the SiC semiconductor layer on the side surface, and the smooth surface region extends in an annular shape surrounding the SiC semiconductor layer on the side surface.
[A5]前記粗面領域は、前記SiC単結晶とは異なる性質に改質された改質層を含み、前記滑面領域は、前記SiC単結晶の劈開面からなる、A1~A4のいずれか1つに記載のSiC半導体装置。
[A5] The SiC semiconductor device according to any one of A1 to A4, wherein the rough surface region includes a modified layer modified to have properties different from those of the SiC single crystal, and the smooth surface region is made of a cleavage surface of the SiC single crystal.
[A6]前記改質層は、前記SiC半導体層の前記第1主面の法線方向にそれぞれ延び、前記SiC半導体層の前記第1主面の接線方向に互いに対向する複数の改質部を含む、A5に記載のSiC半導体装置。
[A6] The SiC semiconductor device according to A5, wherein the modified layer includes a plurality of modified portions each extending in a normal direction of the first main surface of the SiC semiconductor layer and facing each other in a tangential direction of the first main surface of the SiC semiconductor layer.
[A7]前記SiC半導体層は、40μm以上200μm以下の厚さを有している、A1~A6のいずれか1つに記載のSiC半導体装置。
[A7] The SiC semiconductor device according to any one of A1 to A6, wherein the SiC semiconductor layer has a thickness of 40 μm or more and 200 μm or less.
[A8]前記SiC半導体層は、SiC半導体基板およびSiCエピタキシャル層を含み、前記SiCエピタキシャル層によって前記第1主面が形成された積層構造を有し、前記粗面領域は、前記SiC半導体基板に形成されており、前記滑面領域は、前記SiCエピタキシャル層に形成されている、A1~A7のいずれか1つに記載のSiC半導体装置。
[A8] The SiC semiconductor device according to any one of A1 to A7, wherein the SiC semiconductor layer has a laminated structure including a SiC semiconductor substrate and a SiC epitaxial layer, the first main surface being formed by the SiC epitaxial layer, the rough surface region being formed in the SiC semiconductor substrate, and the smooth surface region being formed in the SiC epitaxial layer.
[A9]前記滑面領域は、前記SiC半導体基板および前記SiCエピタキシャル層の境界を横切って前記SiC半導体基板および前記SiCエピタキシャル層に形成されている、A8に記載のSiC半導体装置。
[A9] The SiC semiconductor device according to A8, in which the smooth surface area is formed in the SiC semiconductor substrate and the SiC epitaxial layer across the boundary between the SiC semiconductor substrate and the SiC epitaxial layer.
[A10]前記粗面領域は、前記SiC半導体基板および前記SiCエピタキシャル層の境界に対して前記SiC半導体層の前記第2主面側の領域に形成されている、A8またはA9に記載のSiC半導体装置。
[A10] The SiC semiconductor device according to A8 or A9, in which the rough surface region is formed in a region on the second main surface side of the SiC semiconductor layer relative to the boundary between the SiC semiconductor substrate and the SiC epitaxial layer.
[A11]前記SiCエピタキシャル層は、前記SiC半導体基板の厚さ以下の厚さを有している、A8~A10のいずれか1つに記載のSiC半導体装置。
[A11] The SiC semiconductor device according to any one of A8 to A10, wherein the SiC epitaxial layer has a thickness equal to or less than the thickness of the SiC semiconductor substrate.
[A12]前記SiC半導体基板は、40μm以上150μm以下の厚さを有し、前記SiCエピタキシャル層は、1μm以上50μm以下の厚さを有している、A8~A11のいずれか1つに記載のSiC半導体装置。
[A12] The SiC semiconductor device according to any one of A8 to A11, wherein the SiC semiconductor substrate has a thickness of 40 μm or more and 150 μm or less, and the SiC epitaxial layer has a thickness of 1 μm or more and 50 μm or less.
[A13]前記SiC単結晶は、六方晶からなる、A1~A12のいずれか1つに記載のSiC半導体装置。
[A13] The SiC semiconductor device according to any one of A1 to A12, wherein the SiC single crystal is a hexagonal crystal.
[A14]前記SiC単結晶は、2H(Hexagonal)-SiC単結晶、4H-SiC単結晶または6H-SiC単結晶からなる、A13に記載のSiC半導体装置。
[A14] The SiC semiconductor device according to A13, wherein the SiC single crystal is a 2H (Hexagonal)-SiC single crystal, a 4H-SiC single crystal, or a 6H-SiC single crystal.
[A15]前記SiC半導体層の前記第1主面は、前記SiC単結晶のc面に面している、A13またはA14に記載のSiC半導体装置。
[A15] The SiC semiconductor device according to A13 or A14, in which the first main surface of the SiC semiconductor layer faces the c-plane of the SiC single crystal.
[A16]前記SiC半導体層の前記第1主面は、前記SiC単結晶のc面に対して0°以上10°以下の角度で傾斜したオフ角を有している、A13~A15のいずれか1つに記載のSiC半導体装置。
[A16] The SiC semiconductor device according to any one of A13 to A15, wherein the first main surface of the SiC semiconductor layer has an off-angle inclined at an angle of 0° or more and 10° or less with respect to the c-plane of the SiC single crystal.
[A17]前記オフ角は、5°以下の角度である、A16に記載のSiC半導体装置。
[A17] The SiC semiconductor device according to A16, in which the off angle is 5° or less.
[A18]前記オフ角は、0°を超えて4°未満の角度である、A16またはA17に記載のSiC半導体装置。
[A18] The SiC semiconductor device according to A16 or A17, in which the off angle is greater than 0° and less than 4°.
[B1]SiC単結晶を含み、実装面、前記実装面の反対側の非実装面、ならびに、前記実装面および前記非実装面を接続し、前記実装面側の領域に形成された粗面領域および前記粗面領域に対して前記非実装面側の領域に形成された滑面領域を含む側面を有するSiC半導体層を含む、SiC半導体装置。
[B1] A SiC semiconductor device including a SiC single crystal, a mounting surface, a non-mounting surface opposite the mounting surface, and a SiC semiconductor layer connecting the mounting surface and the non-mounting surface and having a side including a roughened area formed in the mounting surface area and a smooth area formed in the non-mounting surface area relative to the roughened area.
このSiC半導体装置によれば、粗面領域で生じる毛細管現象を滑面領域によって抑制できる。よって、SiC半導体層の側面において導電接合材の濡れ拡がりを抑制できる。特に、SiC半導体層の非実装面の領域に形成された滑面領域によれば、非実装面への導電接合材の回り込みを適切に抑制できる。よって、導電接合材の濡れ拡がりに起因する短絡を適切に抑制できる。
In this SiC semiconductor device, the smooth surface area can suppress the capillary phenomenon that occurs in the rough surface area. This makes it possible to suppress the spread of the conductive bonding material on the side surface of the SiC semiconductor layer. In particular, the smooth surface area formed in the non-mounting surface area of the SiC semiconductor layer can appropriately suppress the conductive bonding material from wrapping around the non-mounting surface. This makes it possible to appropriately suppress short circuits caused by the spread of the conductive bonding material.
[C1]SiC単結晶を含み、素子形成面としての第1主面、前記第1主面の反対側の第2主面ならびに前記第1主面および前記第2主面を接続する側面を有するSiC半導体層と、絶縁材料を含み、前記SiC半導体層の前記第1主面を被覆し、前記SiC半導体層の前記側面に対して面一に形成された絶縁側面を有する絶縁層と、前記SiC半導体層の前記側面に形成された粗面領域と、前記SiC半導体層の前記側面において前記粗面領域とは異なる領域に形成された滑面領域と、前記絶縁層の上に形成された電極と、前記SiC半導体層の前記側面に形成され、前記SiC単結晶とは異なる性質に改質された改質層と、を含む、SiC半導体装置。
[C1] A SiC semiconductor device including: a SiC semiconductor layer including a SiC single crystal and having a first main surface as an element formation surface, a second main surface opposite to the first main surface, and a side surface connecting the first main surface and the second main surface; an insulating layer including an insulating material, covering the first main surface of the SiC semiconductor layer, and having an insulating side surface formed flush with the side surface of the SiC semiconductor layer; a roughened surface region formed on the side surface of the SiC semiconductor layer; a smooth surface region formed in an area of the side surface of the SiC semiconductor layer different from the roughened surface region; an electrode formed on the insulating layer; and a modified layer formed on the side surface of the SiC semiconductor layer and modified to have properties different from those of the SiC single crystal.
このSiC半導体装置によれば、粗面領域で生じる毛細管現象を滑面領域によって抑制できる。よって、SiC半導体層の側面において導電接合材の濡れ拡がりを抑制できる。しかも、SiC半導体層の第1主面には、SiC半導体層の側面に面一に形成された絶縁側面を有する絶縁層が形成されている。これにより、導電接合材の濡れ拡がりを抑制しながら、絶縁層によってSiC半導体層の側面および電極の間の絶縁性を高めることができる。これにより、導電接合材の濡れ拡がりに起因する短絡を適切に抑制できる。
According to this SiC semiconductor device, the capillary phenomenon occurring in the rough surface region can be suppressed by the smooth surface region. This makes it possible to suppress the spread of the conductive bonding material on the side surface of the SiC semiconductor layer. Furthermore, an insulating layer having an insulating side surface formed flush with the side surface of the SiC semiconductor layer is formed on the first main surface of the SiC semiconductor layer. This makes it possible to increase the insulation between the side surface of the SiC semiconductor layer and the electrode by the insulating layer while suppressing the spread of the conductive bonding material. This makes it possible to appropriately suppress short circuits caused by the spread of the conductive bonding material.
[C2]SiC単結晶を含み、素子形成面としての第1主面、前記第1主面の反対側の第2主面ならびに前記第1主面および前記第2主面を接続する側面を有するSiC半導体層と、絶縁材料を含み、前記SiC半導体層の前記第1主面を被覆し、前記SiC半導体層の前記側面に対して面一に形成された絶縁側面を有する絶縁層と、前記SiC半導体層の前記側面において前記SiC半導体層の前記第2主面側の領域に形成された粗面領域と、前記SiC半導体層の前記側面において前記粗面領域に対して前記SiC半導体層の前記第1主面側の領域に形成された滑面領域と、前記絶縁層の上に形成された電極と、前記SiC半導体層の前記側面に形成され、前記SiC単結晶とは異なる性質に改質された改質層と、を含む、SiC半導体装置。
[C2] A SiC semiconductor device including: a SiC semiconductor layer including a SiC single crystal and having a first main surface as an element formation surface, a second main surface opposite to the first main surface, and a side surface connecting the first main surface and the second main surface; an insulating layer including an insulating material, covering the first main surface of the SiC semiconductor layer, and having an insulating side surface formed flush with the side surface of the SiC semiconductor layer; a roughened surface region formed in a region of the side surface of the SiC semiconductor layer on the second main surface side of the SiC semiconductor layer; a smooth surface region formed in a region of the side surface of the SiC semiconductor layer on the first main surface side of the SiC semiconductor layer relative to the roughened surface region; an electrode formed on the insulating layer; and a modified layer formed on the side surface of the SiC semiconductor layer and modified to have properties different from those of the SiC single crystal.
このSiC半導体装置によれば、粗面領域で生じる毛細管現象を滑面領域によって抑制できるから、SiC半導体層の側面において導電接合材の濡れ拡がりを抑制できる。特に、SiC半導体層の第1主面側の領域に形成された滑面領域によれば、SiC半導体層の第1主面への導電接合材の回り込みを適切に抑制できる。
In this SiC semiconductor device, the smooth surface area can suppress the capillary phenomenon that occurs in the rough surface area, so that the conductive bonding material can be prevented from spreading over the side surfaces of the SiC semiconductor layer. In particular, the smooth surface area formed in the area on the first main surface side of the SiC semiconductor layer can appropriately suppress the conductive bonding material from wrapping around the first main surface of the SiC semiconductor layer.
しかも、SiC半導体層の第1主面には、SiC半導体層の側面に面一に形成された絶縁側面を有する絶縁層が形成されている。これにより、SiC半導体層の第1主面への導電接合材の回り込みを抑制しながら、絶縁層によってSiC半導体層の側面および電極の間の絶縁性を高めることができる。これにより、導電接合材の濡れ拡がりに起因する短絡を適切に抑制できる。
Moreover, an insulating layer having insulating side surfaces formed flush with the side surfaces of the SiC semiconductor layer is formed on the first main surface of the SiC semiconductor layer. This makes it possible to prevent the conductive bonding material from wrapping around the first main surface of the SiC semiconductor layer, while increasing the insulation between the side surfaces of the SiC semiconductor layer and the electrodes by the insulating layer. This makes it possible to appropriately prevent short circuits caused by the wetting and spreading of the conductive bonding material.
[C3]前記絶縁層は、前記滑面領域に対して面一に形成されている、C1またはC2に記載のSiC半導体装置。
[C3] The SiC semiconductor device described in C1 or C2, in which the insulating layer is formed flush with the smooth surface area.
[D1]SiC単結晶を含み、実装面、前記実装面の反対側の非実装面、ならびに、前記実装面および前記非実装面を接続し、粗面領域および前記粗面領域とは異なる領域に形成された滑面領域を含む側面を有するSiC半導体層と、前記SiC半導体層の前記非実装面を被覆し、前記SiC半導体層の前記側面に対して面一に形成された絶縁側面を有する絶縁層と、を含む、SiC半導体装置。
[D1] A SiC semiconductor device including a SiC single crystal, a mounting surface, a non-mounting surface opposite to the mounting surface, and a SiC semiconductor layer connecting the mounting surface and the non-mounting surface and having a side including a roughened area and a smooth area formed in an area different from the roughened area, and an insulating layer covering the non-mounting surface of the SiC semiconductor layer and having an insulating side formed flush with the side of the SiC semiconductor layer.
このSiC半導体装置によれば、粗面領域で生じる毛細管現象を滑面領域によって抑制できる。よって、SiC半導体層の側面において導電接合材の濡れ拡がりを抑制できる。しかも、SiC半導体装置の非実装面には、SiC半導体層の側面に面一に形成された絶縁側面を有する絶縁層が形成されている。これにより、導電接合材の濡れ拡がりを抑制しながら、絶縁層によってSiC半導体層の側面および電極の間の絶縁性を高めることができる。これにより、導電接合材の濡れ拡がりに起因する短絡を適切に抑制できる。
According to this SiC semiconductor device, the capillary phenomenon occurring in the rough surface region can be suppressed by the smooth surface region. Therefore, the wet spreading of the conductive bonding material on the side surface of the SiC semiconductor layer can be suppressed. Moreover, an insulating layer having an insulating side surface formed flush with the side surface of the SiC semiconductor layer is formed on the non-mounting surface of the SiC semiconductor device. This makes it possible to increase the insulation between the side surface of the SiC semiconductor layer and the electrode by the insulating layer while suppressing the wet spreading of the conductive bonding material. This makes it possible to appropriately suppress short circuits caused by the wet spreading of the conductive bonding material.
[D2]SiC単結晶を含み、実装面、前記実装面の反対側の非実装面、ならびに、前記実装面および前記非実装面を接続し、前記実装面側の領域に形成された粗面領域および前記粗面領域に対して前記非実装面側の領域に形成された滑面領域を含む側面を有するSiC半導体層と、前記SiC半導体層の前記非実装面を被覆し、前記SiC半導体層の前記側面に対して面一に形成された絶縁側面を有する絶縁層と、を含む、SiC半導体装置。
[D2] A SiC semiconductor device including a SiC single crystal, a mounting surface, a non-mounting surface opposite the mounting surface, and a SiC semiconductor layer connecting the mounting surface and the non-mounting surface and having a side including a roughened area formed in the area on the mounting surface side and a smooth area formed in the area on the non-mounting surface side relative to the roughened area, and an insulating layer covering the non-mounting surface of the SiC semiconductor layer and having an insulating side formed flush with the side of the SiC semiconductor layer.
このSiC半導体装置によれば、粗面領域で生じる毛細管現象を滑面領域によって抑制できる。よって、SiC半導体層の側面において導電接合材の濡れ拡がりを抑制できる。特に、SiC半導体層の第1主面側の領域に形成された滑面領域によれば、SiC半導体層の第1主面への導電接合材の回り込みを適切に抑制できる。
In this SiC semiconductor device, the smooth surface region can suppress the capillary phenomenon that occurs in the rough surface region. This can suppress the spread of the conductive bonding material on the side surface of the SiC semiconductor layer. In particular, the smooth surface region formed in the region on the first main surface side of the SiC semiconductor layer can appropriately suppress the conductive bonding material from wrapping around the first main surface of the SiC semiconductor layer.
しかも、SiC半導体層の第1主面には、側面に面一に形成された絶縁側面を有する絶縁層が形成されている。これにより、SiC半導体層の第1主面への導電接合材の回り込みを抑制しながら、絶縁層によってSiC半導体層の側面および電極の間の絶縁性を高めることができる。これにより、導電接合材の濡れ拡がりに起因する短絡を適切に抑制できる。
Moreover, an insulating layer having an insulating side surface formed flush with the side surface is formed on the first main surface of the SiC semiconductor layer. This makes it possible to increase the insulation between the side surface of the SiC semiconductor layer and the electrode by the insulating layer while suppressing the conductive bonding material from wrapping around the first main surface of the SiC semiconductor layer. This makes it possible to appropriately suppress short circuits caused by the wetting and spreading of the conductive bonding material.
[D3]前記絶縁層は、前記滑面領域に対して面一に形成されている、D1またはD2に記載のSiC半導体装置。
[D3] The SiC semiconductor device described in D1 or D2, in which the insulating layer is formed flush with the smooth surface area.
[E1]六方晶からなるSiC単結晶を含み、実装面、前記実装面の反対側の非実装面、前記SiC単結晶のm面に面する第1側面、および、前記SiC単結晶のa面に面する第2側面を有するSiC半導体層と、前記SiC単結晶とは異なる性質に改質された第1改質層を含み、第1専有割合で前記SiC半導体層の前記第1側面に形成された第1粗面領域と、前記SiC単結晶とは異なる性質に改質された第2改質層を含み、前記第1専有割合未満の第2専有割合で前記SiC半導体層の前記第2側面に形成された第2粗面領域と、を含む、SiC半導体装置。
[E1] A SiC semiconductor device including a SiC single crystal made of hexagonal crystals, a SiC semiconductor layer having a mounting surface, a non-mounting surface opposite to the mounting surface, a first side surface facing the m-plane of the SiC single crystal, and a second side surface facing the a-plane of the SiC single crystal, a first modified layer modified to have properties different from those of the SiC single crystal, a first rough surface region formed on the first side surface of the SiC semiconductor layer with a first exclusive ratio, and a second modified layer modified to have properties different from those of the SiC single crystal, a second rough surface region formed on the second side surface of the SiC semiconductor layer with a second exclusive ratio less than the first exclusive ratio.
SiC単結晶は、c面(シリコン面)をc軸から見た平面視においてSi原子の最近接原子方向に沿って割れ易く、最近接原子方向の交差方向に沿って割れ難いという物性を有している。最近接原子方向は、a軸方向およびその等価方向である。最近接原子方向の交差方向は、m軸方向およびその等価方向である。
SiC single crystals have the physical property that, when viewed in a planar view of the c-plane (silicon plane) from the c-axis, they tend to crack along the nearest atomic direction of the Si atoms, but are difficult to crack along the direction that intersects with the nearest atomic direction. The nearest atomic direction is the a-axis direction and its equivalent direction. The intersecting direction with the nearest atomic direction is the m-axis direction and its equivalent direction.
したがって、SiC単結晶の最近接原子方向に沿う結晶面に対しては、比較的割れ易い性質を有しているから、比較的大きい専有割合を有する改質層を形成しなくてもSiC単結晶を適切に切断できる。最近接原子方向に沿う結晶面は、m面およびその等価面である。
Therefore, the crystal planes along the nearest neighbor atomic direction of the SiC single crystal are relatively fragile, so the SiC single crystal can be cut appropriately without forming a modified layer with a relatively large monopoly ratio. The crystal planes along the nearest neighbor atomic direction are the m-planes and their equivalent planes.
これにより、SiC単結晶のm面に面する側面において第1専有割合で形成された第1粗面領域、および、SiC単結晶のa面に面する側面において第1専有割合未満の第2専有割合で形成された第2粗面領域を有するSiC半導体装置を提供できる。よって、第1側面および第2側面において毛細管現象が発生する領域を低減できるから、導電接合材の濡れ拡がりを適切に抑制できる。
This provides a SiC semiconductor device having a first rough surface region formed with a first exclusive ratio on the side surface facing the m-plane of the SiC single crystal, and a second rough surface region formed with a second exclusive ratio less than the first exclusive ratio on the side surface facing the a-plane of the SiC single crystal. This reduces the area where capillary action occurs on the first and second side surfaces, thereby appropriately suppressing the wetting and spreading of the conductive bonding material.
[F1]SiC単結晶を含み、実装面、前記実装面の反対側の素子形成面としての非実装面、ならびに、前記実装面および前記非実装面を接続する側面を有し、かつ、前記実装面および前記側面の一部を形成するSiC半導体基板、ならびに、前記非実装面および前記側面の一部を形成するSiCエピタキシャル層を含む積層構造を有するSiC半導体層と、前記側面のうち前記SiC半導体基板からなる部分に前記非実装面から前記実装面側に間隔を空けて形成され、前記SiCエピタキシャル層を露出させる粗面領域と、前記側面の前記非実装面側の表層部において前記SiCエピタキシャル層からなる部分に形成された滑面領域と、を含む、SiC半導体装置。
[F1] A SiC semiconductor device including a SiC single crystal, a mounting surface, a non-mounting surface as an element formation surface on the opposite side of the mounting surface, and a side surface connecting the mounting surface and the non-mounting surface, a SiC semiconductor substrate forming a part of the mounting surface and the side surface, and a SiC semiconductor layer having a laminated structure including a SiC epitaxial layer forming the non-mounting surface and a part of the side surface, a rough surface region formed on the part of the side surface consisting of the SiC semiconductor substrate at a distance from the non-mounting surface to the mounting surface side, exposing the SiC epitaxial layer, and a smooth surface region formed on the part of the side surface consisting of the SiC epitaxial layer on the surface layer part on the non-mounting surface side.
[F2]前記粗面領域は、前記側面において前記実装面側の領域に形成されている、F1に記載のSiC半導体装置。
[F2] The SiC semiconductor device according to F1, in which the rough surface area is formed in the area of the side surface facing the mounting surface.
[F3]前記粗面領域は、前記側面において前記実装面から前記非実装面側に間隔を空けて形成されている、F1またはF2に記載のSiC半導体装置。
[F3] The SiC semiconductor device according to F1 or F2, in which the rough surface area is formed on the side surface at a distance from the mounting surface to the non-mounting surface.
[F4]前記滑面領域は、前記側面の前記非実装面側の表層部に加えて、前記側面の前記実装面側の表層部にも形成されている、F1~F3のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[F4] A SiC semiconductor device according to any one of F1 to F3, in which the smooth surface area is formed on the surface layer of the side surface on the mounting surface side in addition to the surface layer of the side surface on the non-mounting surface side.
[F5]前記粗面領域は、前記側面において前記実装面の接線方向に沿って帯状に延びている、F1~F4のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[F5] A SiC semiconductor device according to any one of F1 to F4, in which the rough surface region extends in a band shape along the tangent direction of the mounting surface on the side surface.
[F6]前記粗面領域は、前記側面において前記SiC半導体層を取り囲む環状に延びている、F1~F5のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[F6] A SiC semiconductor device according to any one of F1 to F5, in which the rough surface region extends in a ring shape surrounding the SiC semiconductor layer on the side surface.
[F7]前記滑面領域は、前記側面において前記実装面の接線方向に沿って帯状に延びている、F1~F6のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[F7] A SiC semiconductor device according to any one of F1 to F6, in which the smooth surface area extends in a band shape along the tangent direction of the mounting surface on the side surface.
[F8]前記滑面領域は、前記側面において前記SiC半導体層を取り囲む環状に延びている、F1~F7のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[F8] A SiC semiconductor device according to any one of F1 to F7, in which the smooth surface region extends in a ring shape surrounding the SiC semiconductor layer on the side surface.
[F9]前記粗面領域は、前記SiC単結晶とは異なる性質に改質された改質層を含み、前記滑面領域は、前記SiC単結晶の結晶面からなる、F1~F8のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[F9] A SiC semiconductor device according to any one of F1 to F8, in which the rough surface region includes a modified layer modified to have properties different from those of the SiC single crystal, and the smooth surface region is made of a crystal face of the SiC single crystal.
[F10]前記SiC半導体層は、40μm以上200μm以下の厚さを有している、F1~F9のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[F10] A SiC semiconductor device according to any one of F1 to F9, in which the SiC semiconductor layer has a thickness of 40 μm or more and 200 μm or less.
[F11]前記滑面領域は、前記SiC半導体基板および前記SiCエピタキシャル層の境界を横切って前記SiC半導体基板および前記SiCエピタキシャル層に形成されている、F1~F10のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[F11] A SiC semiconductor device according to any one of F1 to F10, in which the smooth surface region is formed in the SiC semiconductor substrate and the SiC epitaxial layer across the boundary between the SiC semiconductor substrate and the SiC epitaxial layer.
[F12]前記粗面領域は、前記SiC半導体基板および前記SiCエピタキシャル層の境界に対して前記SiC半導体層の前記非実装面側の領域に形成されている、F1~F11のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[F12] The SiC semiconductor device according to any one of F1 to F11, in which the rough surface region is formed in a region of the SiC semiconductor layer on the non-mounting surface side relative to the boundary between the SiC semiconductor substrate and the SiC epitaxial layer.
[F13]前記SiCエピタキシャル層は、前記SiC半導体基板の厚さ以下の厚さを有している、F1~F12のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[F13] The SiC semiconductor device according to any one of F1 to F12, in which the SiC epitaxial layer has a thickness equal to or less than the thickness of the SiC semiconductor substrate.
[F14]前記SiC半導体基板は、40μm以上150μm以下の厚さを有し、前記SiCエピタキシャル層は、1μm以上50μm以下の厚さを有している、F1~F13のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[F14] The SiC semiconductor device according to any one of F1 to F13, wherein the SiC semiconductor substrate has a thickness of 40 μm or more and 150 μm or less, and the SiC epitaxial layer has a thickness of 1 μm or more and 50 μm or less.
[F15]前記SiC単結晶は、六方晶からなる、F1~F14のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[F15] The SiC semiconductor device according to any one of F1 to F14, wherein the SiC single crystal is made of a hexagonal crystal.
[F16]前記SiC単結晶は、2H(Hexagonal)-SiC単結晶、4H-SiC単結晶または6H-SiC単結晶からなる、F15に記載のSiC半導体装置。
[F16] The SiC semiconductor device according to F15, wherein the SiC single crystal is a 2H (Hexagonal)-SiC single crystal, a 4H-SiC single crystal, or a 6H-SiC single crystal.
[F17]前記SiC半導体層の前記実装面は、前記SiC単結晶のc面に面している、F15またはF16に記載のSiC半導体装置。
[F17] The SiC semiconductor device according to F15 or F16, in which the mounting surface of the SiC semiconductor layer faces the c-plane of the SiC single crystal.
[F18]前記SiC半導体層の前記実装面は、前記SiC単結晶のc面に対して0°以上10°以下の角度で傾斜したオフ角を有している、F15~F17のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[F18] The SiC semiconductor device according to any one of F15 to F17, in which the mounting surface of the SiC semiconductor layer has an off-angle inclined at an angle of 0° or more and 10° or less with respect to the c-plane of the SiC single crystal.
[F19]前記オフ角は、5°以下の角度である、F18に記載のSiC半導体装置。
[F19] The SiC semiconductor device according to F18, in which the off angle is 5° or less.
[F20]前記オフ角は、0°を超えて4°未満の角度である、F18またはF19に記載のSiC半導体装置。
[F20] The SiC semiconductor device according to F18 or F19, in which the off angle is greater than 0° and less than 4°.
[F21]前記側面は、劈開面からなる、F1~F20のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[F21] The SiC semiconductor device according to any one of F1 to F20, wherein the side surface is a cleavage surface.
[F22]前記実装面は、研削面からなる、F1~F21のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[F22] A SiC semiconductor device according to any one of F1 to F21, in which the mounting surface is a ground surface.
[F23]前記実装面の全域を被覆する実装電極をさらに含む、F1~F22のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[F23] The SiC semiconductor device according to any one of F1 to F22, further comprising a mounting electrode that covers the entire mounting surface.
[F24]前記SiC半導体層の前記非実装面を被覆する絶縁層をさらに含む、F1~F23のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[F24] The SiC semiconductor device according to any one of F1 to F23, further comprising an insulating layer that covers the non-mounting surface of the SiC semiconductor layer.
[F25]前記絶縁層は、前記滑面領域に連なる絶縁側面を有している、F24に記載のSiC半導体装置。
[F25] The SiC semiconductor device described in F24, in which the insulating layer has an insulating side surface that is continuous with the smooth surface region.
[F26]前記非実装面に形成された半導体素子と、前記絶縁層の上に形成され、前記半導体素子に電気的に接続された電極と、をさらに含む、F24またはF25に記載のSiC半導体装置。
[F26] The SiC semiconductor device according to F24 or F25, further comprising a semiconductor element formed on the non-mounting surface, and an electrode formed on the insulating layer and electrically connected to the semiconductor element.
[G1]SiC半導体基板およびSiCエピタキシャル層を含む積層構造を有し、前記SiCエピタキシャル層からなる素子形成面を有するSiC半導体層と、前記SiC半導体層の側面において前記SiC半導体基板からなる部分に形成され、前記SiCエピタキシャル層を露出させる粗面領域と、前記SiC半導体層の側面において前記SiCエピタキシャル層からなる部分に形成された滑面領域と、を含む、SiC半導体装置。
[G1] A SiC semiconductor device having a layered structure including a SiC semiconductor substrate and a SiC epitaxial layer, the device being formed on an element formation surface of the SiC epitaxial layer, a rough surface region formed on the side surface of the SiC semiconductor layer in a portion of the SiC semiconductor substrate that exposes the SiC epitaxial layer, and a smooth surface region formed on the side surface of the SiC semiconductor layer in a portion of the SiC epitaxial layer.
[G2]前記粗面領域は、前記SiC半導体層の側面において、前記SiCエピタキシャル層および前記SiC半導体基板の境界から間隔を空けて前記SiC半導体基板からなる部分に形成されている、G1に記載のSiC半導体装置。
[G2] The SiC semiconductor device described in G1, in which the rough surface region is formed on the side surface of the SiC semiconductor layer in a portion of the SiC semiconductor substrate spaced apart from the boundary between the SiC epitaxial layer and the SiC semiconductor substrate.
[G3]前記滑面領域は、前記SiC半導体基板および前記SiCエピタキシャル層の境界を横切って前記SiC半導体基板および前記SiCエピタキシャル層に形成されている、G1またはG2に記載のSiC半導体装置。
[G3] The SiC semiconductor device according to G1 or G2, in which the smooth surface area is formed in the SiC semiconductor substrate and the SiC epitaxial layer across the boundary between the SiC semiconductor substrate and the SiC epitaxial layer.
[G4]前記SiC半導体基板は、第1導電型不純物を含み、前記SiCエピタキシャル層は、第1導電型不純物を含み、前記SiC半導体基板の不純物濃度未満の不純物濃度を有している、G1~G3のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[G4] The SiC semiconductor device according to any one of G1 to G3, in which the SiC semiconductor substrate contains a first conductivity type impurity, and the SiC epitaxial layer contains a first conductivity type impurity and has an impurity concentration less than the impurity concentration of the SiC semiconductor substrate.
[G5]前記SiCエピタキシャル層は、前記SiC半導体基板の厚さ未満の厚さを有している、G1~G4のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[G5] A SiC semiconductor device according to any one of G1 to G4, in which the SiC epitaxial layer has a thickness less than the thickness of the SiC semiconductor substrate.
[G6]前記SiC半導体層の側面は、劈開面からなる、G1~G5のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[G6] The SiC semiconductor device according to any one of G1 to G5, in which the side surface of the SiC semiconductor layer is a cleavage surface.
[G7]前記粗面領域は、前記SiC半導体基板および前記SiCエピタキシャル層の境界に沿って帯状に延び、前記滑面領域は、前記SiC半導体基板および前記SiCエピタキシャル層の境界に沿って帯状に延びている、G1~G6のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[G7] A SiC semiconductor device according to any one of G1 to G6, in which the rough surface region extends in a strip shape along the boundary between the SiC semiconductor substrate and the SiC epitaxial layer, and the smooth surface region extends in a strip shape along the boundary between the SiC semiconductor substrate and the SiC epitaxial layer.
[G8]前記粗面領域は、前記SiC半導体層を取り囲む環状に延び、前記滑面領域は、前記SiC半導体層を取り囲む環状に延びている、G1~G7のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[G8] A SiC semiconductor device according to any one of G1 to G7, in which the rough surface region extends in an annular shape surrounding the SiC semiconductor layer, and the smooth surface region extends in an annular shape surrounding the SiC semiconductor layer.
[G9]前記粗面領域は、前記SiC半導体基板において前記SiCエピタキシャル層とは反対側の表層部を露出させるように前記SiCエピタキシャル層側に間隔を空けて形成され、前記滑面領域は、前記SiC半導体基板において前記SiCエピタキシャル層とは反対側の表層部にも形成されている、G1~G8のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[G9] A SiC semiconductor device according to any one of G1 to G8, in which the rough surface region is formed at a distance from the SiC epitaxial layer side so as to expose the surface portion of the SiC semiconductor substrate opposite the SiC epitaxial layer, and the smooth surface region is also formed on the surface portion of the SiC semiconductor substrate opposite the SiC epitaxial layer.
[G10]前記粗面領域は、SiC単結晶とは異なる性質に改質された改質層を含み、前記滑面領域は、SiC単結晶の結晶面からなる、G1~G9のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[G10] A SiC semiconductor device according to any one of G1 to G9, in which the rough surface region includes a modified layer modified to have properties different from those of the SiC single crystal, and the smooth surface region is made of a crystal surface of the SiC single crystal.
[G11]前記SiCエピタキシャル層を被覆する絶縁層と、前記絶縁層の上に形成された第1電極と、をさらに含む、G1~G10のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[G11] The SiC semiconductor device according to any one of G1 to G10, further comprising an insulating layer covering the SiC epitaxial layer and a first electrode formed on the insulating layer.
[G12]前記絶縁層は、前記滑面領域に連なる絶縁側面を有している、G11に記載のSiC半導体装置。
[G12] The SiC semiconductor device described in G11, in which the insulating layer has an insulating side surface that is continuous with the smooth surface region.
[G13]前記絶縁側面は、劈開面からなる、G12に記載のSiC半導体装置。
[G13] The SiC semiconductor device described in G12, in which the insulating side surface is a cleavage surface.
[G14]前記第1電極は、前記SiC半導体層の側面から間隔を空けて前記絶縁層の上に形成されている、G11~G13のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[G14] A SiC semiconductor device according to any one of G11 to G13, in which the first electrode is formed on the insulating layer at a distance from the side surface of the SiC semiconductor layer.
[G15]前記絶縁層の上において前記第1電極を部分的に被覆するパッシベーション層と、前記パッシベーション層を被覆する樹脂層と、をさらに含む、G11~G14のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[G15] The SiC semiconductor device according to any one of G11 to G14, further comprising a passivation layer that partially covers the first electrode on the insulating layer, and a resin layer that covers the passivation layer.
[G16]前記SiCエピタキシャル層とは反対側において前記SiC半導体基板を被覆し、前記SiC半導体基板に電気的に接続された第2電極さらに含む、G1~G15のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[G16] The SiC semiconductor device according to any one of G1 to G15, further comprising a second electrode that covers the SiC semiconductor substrate on the side opposite to the SiC epitaxial layer and is electrically connected to the SiC semiconductor substrate.
[G17]前記SiC半導体層は、2H(Hexagonal)-SiC単結晶、4H-SiC単結晶または6H-SiC単結晶からなる、G1~G16のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[G17] The SiC semiconductor device according to any one of G1 to G16, in which the SiC semiconductor layer is made of 2H (Hexagonal)-SiC single crystal, 4H-SiC single crystal, or 6H-SiC single crystal.
[G18]前記素子形成面は、SiC単結晶のシリコン面に面している、G1~G17のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[G18] A SiC semiconductor device according to any one of G1 to G17, in which the element formation surface faces the silicon surface of the SiC single crystal.
[G19]前記素子形成面は、SiC単結晶のシリコン面に対してa軸方向に傾斜したオフ角を有している、G18に記載のSiC半導体装置。
[G19] The SiC semiconductor device described in G18, in which the element formation surface has an off-angle inclined in the a-axis direction with respect to the silicon surface of the SiC single crystal.
[G20]前記素子形成面に形成された半導体素子をさらに含む、G1~G19のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[G20] The SiC semiconductor device according to any one of G1 to G19, further comprising a semiconductor element formed on the element formation surface.
[G21]前記半導体素子は、ダイオードを含む、G20に記載のSiC半導体装置。
[G21] The SiC semiconductor device according to G20, wherein the semiconductor element includes a diode.
[G22]前記半導体素子は、電界効果トランジスタを含む、G20に記載のSiC半導体装置。
[G22] The SiC semiconductor device according to G20, wherein the semiconductor element includes a field effect transistor.
[H1]SiC半導体基板およびSiCエピタキシャル層を含む積層構造を有し、前記SiCエピタキシャル層からなる素子形成面を有するSiC半導体層と、前記SiC半導体層の側面において前記SiC半導体基板からなる部分に形成され、前記SiCエピタキシャル層を露出させる粗面領域と、前記SiC半導体層の側面において前記SiCエピタキシャル層からなる部分に形成された滑面領域と、を含む、SiC半導体装置。
[H1] A SiC semiconductor device having a layered structure including a SiC semiconductor substrate and a SiC epitaxial layer, the device being formed on an element formation surface of the SiC epitaxial layer, a rough surface region formed on the side surface of the SiC semiconductor layer in a portion of the SiC semiconductor substrate that exposes the SiC epitaxial layer, and a smooth surface region formed on the side surface of the SiC semiconductor layer in a portion of the SiC epitaxial layer.
[H2]前記粗面領域は、前記SiC半導体層の側面において、前記SiCエピタキシャル層および前記SiC半導体基板の境界から間隔を空けて前記SiC半導体基板からなる部分に形成されている、H1に記載のSiC半導体装置。
[H2] The SiC semiconductor device according to H1, in which the rough surface region is formed on the side surface of the SiC semiconductor layer in a portion of the SiC semiconductor substrate spaced apart from the boundary between the SiC epitaxial layer and the SiC semiconductor substrate.
[H3]前記滑面領域は、前記SiC半導体基板および前記SiCエピタキシャル層の境界を横切って前記SiC半導体基板および前記SiCエピタキシャル層に形成されている、H1またはH2に記載のSiC半導体装置。
[H3] The SiC semiconductor device according to H1 or H2, in which the smooth surface area is formed in the SiC semiconductor substrate and the SiC epitaxial layer across the boundary between the SiC semiconductor substrate and the SiC epitaxial layer.
[H4]前記SiC半導体基板は、第1導電型不純物を含み、前記SiCエピタキシャル層は、第1導電型不純物を含み、前記SiC半導体基板の不純物濃度未満の不純物濃度を有している、H1~H3のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[H4] The SiC semiconductor device according to any one of H1 to H3, in which the SiC semiconductor substrate contains a first conductivity type impurity, and the SiC epitaxial layer contains a first conductivity type impurity and has an impurity concentration less than the impurity concentration of the SiC semiconductor substrate.
[H5]前記SiCエピタキシャル層は、前記SiC半導体基板の厚さ未満の厚さを有している、H1~H4のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[H5] The SiC semiconductor device according to any one of H1 to H4, in which the SiC epitaxial layer has a thickness less than the thickness of the SiC semiconductor substrate.
[H6]前記SiC半導体層の側面は、劈開面からなる、H1~H5のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[H6] The SiC semiconductor device according to any one of H1 to H5, in which the side surface of the SiC semiconductor layer is a cleavage surface.
[H7]前記粗面領域は、前記SiC半導体基板および前記SiCエピタキシャル層の境界に沿って帯状に延び、前記滑面領域は、前記SiC半導体基板および前記SiCエピタキシャル層の境界に沿って帯状に延びている、H1~H6のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[H7] The SiC semiconductor device according to any one of H1 to H6, in which the rough surface region extends in a strip shape along the boundary between the SiC semiconductor substrate and the SiC epitaxial layer, and the smooth surface region extends in a strip shape along the boundary between the SiC semiconductor substrate and the SiC epitaxial layer.
[H8]前記粗面領域は、前記SiC半導体層を取り囲む環状に延び、前記滑面領域は、前記SiC半導体層を取り囲む環状に延びている、H1~H7のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[H8] The SiC semiconductor device according to any one of H1 to H7, in which the rough surface region extends in an annular shape surrounding the SiC semiconductor layer, and the smooth surface region extends in an annular shape surrounding the SiC semiconductor layer.
[H9]前記粗面領域は、前記SiC半導体基板において前記SiCエピタキシャル層とは反対側の表層部を露出させるように前記SiCエピタキシャル層側に間隔を空けて形成され、前記滑面領域は、前記SiC半導体基板において前記SiCエピタキシャル層とは反対側の表層部にも形成されている、H1~H8のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[H9] The SiC semiconductor device according to any one of H1 to H8, in which the rough surface region is formed at a distance from the SiC epitaxial layer side so as to expose the surface portion of the SiC semiconductor substrate opposite the SiC epitaxial layer, and the smooth surface region is also formed on the surface portion of the SiC semiconductor substrate opposite the SiC epitaxial layer.
[H10]前記粗面領域は、SiC単結晶とは異なる性質に改質された改質層を含み、前記滑面領域は、SiC単結晶の結晶面からなる、H1~H9のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[H10] A SiC semiconductor device according to any one of H1 to H9, in which the rough surface region includes a modified layer modified to have properties different from those of the SiC single crystal, and the smooth surface region is made of a crystal surface of the SiC single crystal.
[H11]前記SiCエピタキシャル層を被覆する絶縁層と、前記絶縁層の上に形成された第1電極と、をさらに含む、H1~H10のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[H11] The SiC semiconductor device according to any one of H1 to H10, further comprising an insulating layer covering the SiC epitaxial layer and a first electrode formed on the insulating layer.
[H12]前記絶縁層は、前記滑面領域に連なる絶縁側面を有している、H11に記載のSiC半導体装置。
[H12] The SiC semiconductor device described in H11, in which the insulating layer has an insulating side surface that is continuous with the smooth surface region.
[H13]前記絶縁側面は、劈開面からなる、H12に記載のSiC半導体装置。
[H13] The SiC semiconductor device described in H12, in which the insulating side surface is a cleavage surface.
[H14]前記第1電極は、前記SiC半導体層の側面から間隔を空けて前記絶縁層の上に形成されている、H11~H13のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[H14] The SiC semiconductor device according to any one of H11 to H13, in which the first electrode is formed on the insulating layer at a distance from the side surface of the SiC semiconductor layer.
[H15]前記絶縁層の上において前記第1電極を部分的に被覆するパッシベーション層と、前記パッシベーション層を被覆する樹脂層と、をさらに含む、H11~H14のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[H15] The SiC semiconductor device according to any one of H11 to H14, further comprising a passivation layer that partially covers the first electrode on the insulating layer, and a resin layer that covers the passivation layer.
[H16]前記SiCエピタキシャル層とは反対側において前記SiC半導体基板を被覆し、前記SiC半導体基板に電気的に接続された第2電極さらに含む、H1~H15のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[H16] The SiC semiconductor device according to any one of H1 to H15, further comprising a second electrode covering the SiC semiconductor substrate on the side opposite to the SiC epitaxial layer and electrically connected to the SiC semiconductor substrate.
[H17]前記SiC半導体層は、2H(Hexagonal)-SiC単結晶、4H-SiC単結晶または6H-SiC単結晶からなる、H1~H16のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[H17] The SiC semiconductor device according to any one of H1 to H16, wherein the SiC semiconductor layer is made of 2H (Hexagonal)-SiC single crystal, 4H-SiC single crystal, or 6H-SiC single crystal.
[H18]前記素子形成面は、SiC単結晶のシリコン面に面している、H1~H17のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[H18] A SiC semiconductor device according to any one of H1 to H17, in which the element formation surface faces the silicon surface of the SiC single crystal.
[H19]前記素子形成面は、SiC単結晶のシリコン面に対してa軸方向に傾斜したオフ角を有している、H18に記載のSiC半導体装置。
[H19] The SiC semiconductor device described in H18, in which the element formation surface has an off-angle inclined in the a-axis direction with respect to the silicon surface of the SiC single crystal.
[H20]前記素子形成面に形成された半導体素子をさらに含む、H1~H19のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[H20] The SiC semiconductor device according to any one of H1 to H19, further comprising a semiconductor element formed on the element formation surface.
[H21]前記半導体素子は、前記素子形成面に形成されたダイオードを含む、H20に記載のSiC半導体装置。
[H21] The SiC semiconductor device according to H20, wherein the semiconductor element includes a diode formed on the element formation surface.
[H22]前記半導体素子は、前記素子形成面に形成された電界効果トランジスタを含む、H20に記載のSiC半導体装置。
[H22] The SiC semiconductor device described in H20, in which the semiconductor element includes a field effect transistor formed on the element formation surface.
[I1]SiC基板およびSiCエピタキシャル層を含む積層構造を有し、前記SiCエピタキシャル層側の第1主面、前記SiC基板側の第2主面および側面を含むSiCチップと、前記側面のうち前記SiC基板からなる部分に形成された第1粗面領域と、前記側面のうち前記SiCエピタキシャル層からなる部分に形成された第2粗面領域と、を含み、前記SiCチップは、2H(Hexagonal)-SiC単結晶、4H-SiC単結晶または6H-SiC単結晶からなる、SiC半導体装置。
[I1] A SiC semiconductor device having a layered structure including a SiC substrate and a SiC epitaxial layer, including a SiC chip including a first main surface on the SiC epitaxial layer side, a second main surface on the SiC substrate side, and a side surface, a first rough surface region formed on the portion of the side surface consisting of the SiC substrate, and a second rough surface region formed on the portion of the side surface consisting of the SiC epitaxial layer, the SiC chip being made of 2H (Hexagonal)-SiC single crystal, 4H-SiC single crystal, or 6H-SiC single crystal.
[I2]前記第1主面は、SiC単結晶のシリコン面によって形成されている、I1に記載のSiC半導体装置。
[I2] The SiC semiconductor device described in I1, in which the first main surface is formed by a silicon surface of a SiC single crystal.
[I3]前記第1主面は、SiC単結晶のa軸方向に傾斜したオフ角を有している、I1またはI2に記載のSiC半導体装置。
[I3] The SiC semiconductor device described in I1 or I2, in which the first main surface has an off-angle inclined toward the a-axis direction of the SiC single crystal.
[I4]前記SiCエピタキシャル層は、前記SiC基板の不純物濃度とは異なる不純物濃度を有している、I1~I3のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[I4] The SiC semiconductor device according to any one of I1 to I3, in which the SiC epitaxial layer has an impurity concentration different from the impurity concentration of the SiC substrate.
[I5]前記SiCエピタキシャル層は、前記SiC基板の厚さ未満の厚さを有している、I1~I4のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[I5] The SiC semiconductor device according to any one of I1 to I4, in which the SiC epitaxial layer has a thickness less than the thickness of the SiC substrate.
[I6]前記側面のうち前記SiC基板からなる部分に形成された滑面領域を含む、I1~I5のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[I6] A SiC semiconductor device according to any one of I1 to I5, including a smooth surface area formed on the portion of the side surface that is made of the SiC substrate.
[I7]前記第1主面を被覆する絶縁層をさらに含む、I1~I6のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[I7] The SiC semiconductor device according to any one of I1 to I6, further comprising an insulating layer covering the first main surface.
[I8]前記第1主面の上に配置された第1電極をさらに含む、I1~I7のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[I8] The SiC semiconductor device according to any one of I1 to I7, further comprising a first electrode disposed on the first main surface.
[I9]前記第1電極は、前記側面から間隔を空けて前記第1主面の上に配置されている、I8に記載のSiC半導体装置。
[I9] The SiC semiconductor device according to I8, in which the first electrode is disposed on the first main surface at a distance from the side surface.
[I10]前記第1主面を被覆する樹脂層をさらに含む、I1~I9のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[I10] The SiC semiconductor device according to any one of I1 to I9, further comprising a resin layer covering the first main surface.
[I11]前記樹脂層は、前記側面から間隔を空けて前記第1主面の上に配置されている、I10に記載のSiC半導体装置。
[I11] The SiC semiconductor device according to I10, wherein the resin layer is disposed on the first main surface at a distance from the side surface.
[I12]前記第2主面を被覆する第2電極をさらに含む、I1~I11のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[I12] The SiC semiconductor device according to any one of I1 to I11, further comprising a second electrode covering the second main surface.
[I13]前記第1主面に形成された半導体素子をさらに含む、I1~I12のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[I13] The SiC semiconductor device according to any one of I1 to I12, further including a semiconductor element formed on the first main surface.
[I14]前記半導体素子は、ダイオードを含む、I13に記載のSiC半導体装置。
[I14] The SiC semiconductor device according to I13, wherein the semiconductor element includes a diode.
[I15]前記半導体素子は、電界効果トランジスタを含む、I14に記載のSiC半導体装置。
[I15] The SiC semiconductor device described in I14, wherein the semiconductor element includes a field effect transistor.
[I16]前記第1粗面領域は、前記第1主面に沿って延びる帯状に形成されている、I1~I15のいずれか一つに記載のSiC半導体装置。
[I16] The SiC semiconductor device described in any one of I1 to I15, in which the first rough surface region is formed in a band shape extending along the first main surface.
この明細書は、第1~第6実施形態に示された特徴の如何なる組み合わせ形態をも制限しない。第1~第6実施形態は、それらの間で任意の態様および任意の形態において組み合わせられることができる。つまり、第1~第6実施形態に示された特徴が任意の態様および任意の形態で組み合わされた形態が採用されてもよい。
This specification does not limit any combination of the features shown in the first to sixth embodiments. The first to sixth embodiments may be combined in any manner and in any form. In other words, the features shown in the first to sixth embodiments may be combined in any manner and in any form.
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
In addition, various design changes may be made within the scope of the claims.