碳化硅半導(dǎo)體裝置，碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法以及碳化硅半導(dǎo)體裝置的設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種使用碳化硅的碳化硅半導(dǎo)體裝置，碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法以及碳化硅半導(dǎo)體裝置的設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]以往，已知使用硅(Si I i con)的溝槽(Trench)型S1-MOSFET等的半導(dǎo)體裝置。在日本特開(kāi)平06-132539號(hào)公報(bào)中，公開(kāi)一種具有縱型絕緣柵(Gate)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的半導(dǎo)體裝置，包括:第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體基板，被設(shè)置在該半導(dǎo)體基板主表面的具有低雜質(zhì)濃度的第一導(dǎo)電型第一半導(dǎo)體層，被設(shè)置在該第一半導(dǎo)體層的上表面的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體層，被設(shè)置在該第二半導(dǎo)體層的表層部的一部分中的第一導(dǎo)電型第三半導(dǎo)體層，形成在被設(shè)為從該第三半導(dǎo)體層的中央部表面穿過(guò)第二半導(dǎo)體層的一部分直到第一半導(dǎo)體層的大致呈U字狀截面的柵極溝槽的內(nèi)壁面中的柵極氧化膜，被設(shè)為在該柵極氧化膜上將溝填埋的柵極電極，被設(shè)為覆蓋在該柵極電極上以及第二半導(dǎo)體層的露出表面上的絕緣層，被設(shè)置在該絕緣膜上且與柵極電極相接觸(Contact)的柵極配線，被設(shè)置在絕緣膜上且經(jīng)由接觸孔(Contact Hole)從而與第三半導(dǎo)體層相接觸的源極(Source)電極，以及被設(shè)置在半導(dǎo)體基板背面的漏極(Drain)電極。在該日本特開(kāi)平06-132539號(hào)公報(bào)中，公開(kāi)了將柵極溝槽(GateTrench)設(shè)置為環(huán)(Ring)狀的結(jié)構(gòu)。
[0003]然而，在使用碳化硅的S1-MOSFET等的半導(dǎo)體裝置中，由于絕緣擊穿電壓高，在只有柵極溝槽的情況下當(dāng)反向偏壓(Bias)時(shí)外加到柵極氧化膜的電場(chǎng)過(guò)于集中，導(dǎo)致存在氧化膜損壞的可能性。
[0004]因此，在尋求一種在柵極溝槽的周圍設(shè)置保護(hù)溝槽(Protect1n Trench)從而防止電場(chǎng)外加到柵極溝槽的方法。然而，在采用這樣的保護(hù)溝槽的情況下，由于平面視圖(水平方向)中的保護(hù)溝槽之間的間隔或者保護(hù)溝槽的形狀等，導(dǎo)致在反向偏壓時(shí)局部電場(chǎng)過(guò)于集中。一旦像這樣電場(chǎng)在保護(hù)溝槽中局部電場(chǎng)過(guò)于集中，保護(hù)溝槽的耐壓下降，便無(wú)法得到所需的耐壓。另外，一旦局部存在耐壓低的地方，便會(huì)產(chǎn)生雪崩(Avalanche)耐量下降的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于以上情況，本發(fā)明提供一種即便在采用保護(hù)溝槽的情況下，也能夠防止在反向偏壓時(shí)保護(hù)溝槽中局部電場(chǎng)過(guò)于集中，進(jìn)而能夠提升雪崩耐量的碳化硅半導(dǎo)體裝置，碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法以及碳化硅半導(dǎo)體裝置的設(shè)計(jì)方法。
[0006]本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體裝置包括:
[0007]第一導(dǎo)電型碳化硅層，
[0008]被形成在所述第一導(dǎo)電型碳化硅層上的第二導(dǎo)電型碳化硅層，
[0009]被形成在從所述第二導(dǎo)電型碳化硅層的表面直到到達(dá)所述第一導(dǎo)電型碳化硅層的深度處的柵極溝槽，
[0010]在所述柵極溝槽內(nèi)被設(shè)置為經(jīng)由絕緣膜的柵極電極，
[0011]被形成在從所述第二導(dǎo)電型碳化硅層的表面直到比所述柵極溝槽更深的深度處的保護(hù)溝槽，
[0012]以及被設(shè)置在所述保護(hù)溝槽內(nèi)的導(dǎo)電構(gòu)件，
[0013]在水平方向上，包含所述柵極溝槽，以及在水平方向上以開(kāi)口的狀態(tài)將所述柵極溝槽的至少一部分包圍的所述保護(hù)溝槽這兩者的區(qū)域成為單元區(qū)域，
[0014]在水平方向上，包含所述保護(hù)溝槽，且設(shè)置有柵極襯墊(GatePad)或者與該柵極襯墊相連接的布置電極的區(qū)域成為柵極區(qū)域，
[0015]被包含在所述單元區(qū)域中的所述保護(hù)溝槽具有多個(gè)在水平方向上直線延伸的單元區(qū)域直線溝槽，
[0016]所述單元區(qū)域直線溝槽之間的水平方向距離比被包含在所述柵極區(qū)域中的所述保護(hù)溝槽之間的最大水平方向距離更長(zhǎng)。
[0017]在本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體裝置中，
[0018]所述單元區(qū)域直線溝槽之間的水平方向距離比被包含在所述單元區(qū)域中的所述保護(hù)溝槽與被包含在所述柵極區(qū)域中的所述保護(hù)溝槽之間的最大水平方向距離更長(zhǎng)亦可。
[0019]在本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體裝置中，
[0020]被包含在所述單元區(qū)域中的所述保護(hù)溝槽還具有被設(shè)置在所述單元區(qū)域直線溝槽的端部且在水平方向上彎曲的單元區(qū)域曲線溝槽，
[0021]所述單元區(qū)域直線溝槽之間的水平方向距離比所述單元區(qū)域曲線溝槽與被包含在所述柵極區(qū)域中的所述保護(hù)溝槽之間的最大水平方向距離更長(zhǎng)亦可。
[0022]在本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體裝置中，
[0023]被包含在所述柵極區(qū)域中的所述保護(hù)溝槽具有:在水平方向上直線延伸的柵極區(qū)域直線溝槽，和在水平方向上彎曲的柵極區(qū)域曲線溝槽，
[0024]所述柵極區(qū)域包含在水平方向上有多個(gè)所述柵極區(qū)域直線溝槽延伸的柵極直線區(qū)域，和在水平方向上有多個(gè)所述柵極區(qū)域曲線溝槽延伸的柵極曲線區(qū)域，
[0025]所述柵極直線區(qū)域中的所述柵極區(qū)域直線溝槽之間的水平方向距離比所述柵極曲線區(qū)域中的所述柵極區(qū)域曲線溝槽之間的最大水平方向距離更長(zhǎng)亦可。
[0026]在本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體裝置中，
[0027]所述柵極溝槽在水平方向上直線延伸亦可。
[0028]在本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體裝置中，
[0029]所述柵極溝槽與所述單元區(qū)域直線溝槽在水平方向上呈平行延伸亦可。
[0030]在本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體裝置中，
[0031]被包含在所述單元區(qū)域中的所述保護(hù)溝槽具有一對(duì)所述單元區(qū)域直線溝槽和在水平方向上彎曲的單元區(qū)域曲線溝槽，
[0032]在所述一對(duì)所述單元區(qū)域直線溝槽的一端設(shè)有所述單元區(qū)域曲線溝槽，
[0033]在所述一對(duì)所述單元區(qū)域直線溝槽的水平方向之間設(shè)有所述柵極溝槽亦可。
[0034]在本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體裝置中，
[0035]被包含在所述柵極區(qū)域中的所述保護(hù)溝槽具有在水平方向上彎曲的柵極區(qū)域曲線溝槽，
[0036]在所述一對(duì)單元區(qū)域溝槽的另一端側(cè)設(shè)有在水平方向上朝所述柵極溝槽側(cè)突出的所述柵極區(qū)域曲線溝槽亦可。
[0037]在本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體裝置中，
[0038]還設(shè)有與朝所述柵極溝槽側(cè)突出的所述柵極區(qū)域曲線溝槽相鄰，且朝該柵極區(qū)域曲線溝槽側(cè)突出的所述柵極區(qū)域曲線溝槽亦可。
[0039]在本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體裝置中，
[0040]被包含在所述單元區(qū)域中的所述保護(hù)溝槽具有三個(gè)以上在水平方向上直線延伸的單元區(qū)域直線溝槽，
[0041 ]所述單元區(qū)域直線溝槽之間的水平方向距離均一亦可。
[0042]本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體裝置還包括:
[0043]將所述柵極區(qū)域以及所述單元區(qū)域在水平方向上包圍的保護(hù)環(huán)，
[0044]被包含在所述柵極區(qū)域中的所述保護(hù)溝槽具有三個(gè)以上在水平方向上直線延伸的柵極區(qū)域直線溝槽，
[0045]所述柵極區(qū)域直線溝槽被設(shè)置為與所述保護(hù)環(huán)的至少一部分相鄰而平行，
[0046]相鄰于所述保護(hù)環(huán)的所述柵極區(qū)域直線溝槽與相鄰于該柵極區(qū)域直線溝槽的柵極區(qū)域直線溝槽之間的水平方向距離比其他的柵極區(qū)域直線溝槽之間的水平方向距離小亦可。
[0047]本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法包括:
[0048]形成第一導(dǎo)電型碳化硅層的工序，
[0049]在所述第一導(dǎo)電型碳化硅層上形成第二導(dǎo)電型碳化硅層的工序，
[0050]在從所述第二導(dǎo)電型碳化硅層的表面直到到達(dá)所述第一導(dǎo)電型碳化硅層的深度處形成柵極溝槽的工序，
[0051]在從所述第二導(dǎo)電型碳化硅層的表面直到比所述柵極溝槽更深的深度處形成保護(hù)溝槽的工序，
[0052]在所述柵極溝槽內(nèi)經(jīng)由絕緣膜從而設(shè)置柵極電極的工序，
[0053]以及在所述保護(hù)溝槽內(nèi)設(shè)置導(dǎo)電構(gòu)件的工序，
[0054]在水平方向上，包含所述柵極溝槽，以及在水平方向上以開(kāi)口的狀態(tài)將所述柵極溝槽的至少一部分包圍的所述保護(hù)溝槽這兩者的區(qū)域成為單元區(qū)域，
[0055]在水平方向上，包含所述保護(hù)溝槽，且設(shè)置有柵極襯墊或者與該柵極襯墊相連接的布置電極的區(qū)域成為柵極區(qū)域，
[0056]被包含在所述單元區(qū)域中的所述保護(hù)溝槽具有在水平方向上直線延伸的多個(gè)單元區(qū)域直線溝槽，
[0057]將所述單元區(qū)域直線溝槽之間的水平方向距離設(shè)為比被包含在所述柵極區(qū)域中的所述保護(hù)溝槽之間的最大水平方向距離更長(zhǎng)。
[0058]在本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體裝置的設(shè)計(jì)方法中，
[0059]所述碳化硅半導(dǎo)體裝置具有:
[0000]第一導(dǎo)電型碳化娃層，
[0061]被形成在所述第一導(dǎo)電型碳化硅層上的第二導(dǎo)電型碳化硅層，
[0062]被形成在從所述第二導(dǎo)電型碳化硅層的表面直到到達(dá)所述第一導(dǎo)電型碳化硅層的深度處的柵極溝槽，
[0063]在所述柵極溝槽內(nèi)被設(shè)置為經(jīng)由絕緣膜的柵極電極，
[0064]被形成在從所述第二導(dǎo)電型碳化硅層的表面直到比所述柵極溝槽更深的深度處的保護(hù)溝槽，
[0065]以及被設(shè)置在所述保護(hù)溝槽內(nèi)的導(dǎo)電構(gòu)件，
[0066]在水平方向上，包含所述柵極溝槽，以及在水平方向上以開(kāi)口的狀態(tài)將所述柵極溝槽的至少一部分包圍的所述保護(hù)溝槽這兩者的區(qū)域成為單元區(qū)域，
[0067]在水平方向上，包含所述保護(hù)溝槽，且設(shè)置有柵極襯墊或者與該柵極襯墊相連接的布置電極的區(qū)域成為柵極區(qū)域，
[0068]被包含在所述單元區(qū)域中的所述保護(hù)溝槽具有在水平方向上直線延伸的多個(gè)單元區(qū)域直線溝槽，
[0069]所述單元區(qū)域直線溝槽之間的水平方向距離被設(shè)計(jì)為比被包含在所述柵極區(qū)域中的所述保護(hù)溝槽之間的最大水平方向距離更長(zhǎng)。
[0070]【發(fā)明效果】
[0071]根據(jù)本發(fā)明，單元區(qū)域直線溝槽之間的水平方向距離比被包含在柵極區(qū)域中的保護(hù)溝槽之間的最大水平方向距離更長(zhǎng)。因此，在反向偏壓時(shí)單元區(qū)域直線溝槽之間的更