JP2012248572A - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 第1の硬度を有する材料で構成された基板10と、基板10の第1主面10aに設けられたドリフト層11と、ドリフト層11上に絶縁膜60を介して形成されたゲート電極70と、ゲート電極70を覆うように形成され、第1の硬度よりも小さい第2の硬度を有する材料で構成された層間絶縁膜80とを備え、基板10とドリフト層11とを合わせた厚みは200μm以下であり、層間絶縁膜80に、平面視において、全ての内角が90°より大きい多角形、円形または楕円形の開口90が設けられている半導体装置。
【選択図】 図2
Description
図1および図2は、実施の形態1の炭化珪素半導体装置を示すものであって、図1(a)は炭化珪素半導体装置の上面図、図1(b)は図1(a)の絶縁膜を除いた上面図、図2(a)は図1のA−A切断面を部分的に示す断面図、図2(b)は図1のB−B切断面を部分的に示す断面図、図2(c)は図2(b)におけるドリフト層の上面図、図2(d)は図2(a)における層間絶縁膜の上面図、図2(e)は図2(b)における層間絶縁膜の上面図である。なお、ここでは半導体装置の一例として、nチャネル縦型炭化珪素MOSFETについて説明する。
実施の形態1の炭化珪素半導体装置は、図1(b)に示すように、その中央部に配線電極300aが形成されている。この配線電極300aの下部にはMOSFETの単位構造であるユニットセルが複数配置されており、配線電極300aは各ユニットセルのソース電極(ここでは図示せず)に電気的に接続されている。そして、配線電極300aの外周には層間絶縁膜80が形成されており、その外周には配線電極300bが形成されている。この配線電極300bは、各ユニットセルのゲート電極(ここでは図示せず)に接続され、ゲート電圧はこの配線電極300bを介して供給される。また、配線電極300bの外周には、ダイシングライン1000と一定の距離を隔てて、層間絶縁膜80が形成されている。これらの構造の上部には、図1(a)に示すように、配線電極300aおよび配線電極300bの一部を除いて、耐圧を向上させるための、例えばポリイミドからなる絶縁膜400が形成されている。
実施の形態1の炭化珪素半導体装置は、図2(b)に示すように第1主面10aが(0001)面から4°あるいは8°オフしており、4Hのポリタイプを有するn型で低抵抗である炭化珪素基板10上に、n型の炭化珪素ドリフト層11が形成されている。なお、炭化珪素基板10と炭化珪素ドリフト層11とを合わせて炭化珪素基体12と呼ぶことにする。
図2(a)に示すように、炭化珪素基板10上に形成された炭化珪素ドリフト層11の表層部には、アルミニウム(Al)をp型不純物として含有するp型のベース領域30と、Alをp型不純物として含有し、耐圧を維持させるためのイオン注入領域であるJTE(Junction Termination Extention)領域20が設けられている。そして、ベース領域30とJTE領域20を含む炭化珪素ドリフト層11の表面側にはフィールド酸化膜50が形成されており、このフィールド酸化膜50上には、ゲート電極70が形成されている。
炭化珪素半導体装置の研削による薄板化は、炭化珪素基板の第1主面側をチャックテーブルに固定した状態で、自転するチャックテーブル上の第2主面側に回転する砥石を押圧することにより行うが、炭化珪素基板は非常に硬く削れにくいため、下降する砥石が第2主面を押圧する力は非常に大きくなる。これにより、第1主面側に形成されている層間絶縁膜には、チャックテーブルから非常に大きなストレスが加えられる。層間絶縁膜を形成する酸化珪素は新モース硬度が8と炭化珪素と比較して軟らかいので、ストレスが集中しやすい開口の角から亀裂が発生する。
なお、Si半導体装置では、Siの硬度は新モース硬度で8であり、炭化珪素と比較して軟らかく削れやすいため、砥石がSi基板の第2主面を押圧する力は比較的小さい。このため、Si基板の第1主面側に形成した層間絶縁膜にかかるストレスは小さく上記のような亀裂は発生しない。
図21は実施の形態2の炭化珪素半導体装置を示すものであって、図21(a)は実施形態2の炭化珪素半導体装置の断面図、図21(b)は図21(a)における層間絶縁膜の上面図、図21(c)は図21(a)における炭化珪素ドリフト層の上面図である。実施の形態1の炭化珪素半導体装置におけるベース領域30およびソース領域40の形状は平面視においてそれぞれ正方形であったが、実施の形態2の炭化珪素半導体装置におけるベース領域30およびソース領域40の形状は、図21(c)に示すように平面視においてそれぞれ六角形である。そして、層間絶縁膜80の開口90の形状およびゲート電極70の開口91の形状は、図21(b)に示すように、平面視においてそれぞれ円形である。このように構成しても、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。なお、実施の形態2の炭化珪素半導体装置は、イオン注入領域であるベース領域30およびソース領域40の形状以外は実施の形態1と同様であるので、その説明を省略した。また、実施の形態2の炭化珪素半導体装置の製造方法は、ベース領域30およびソース領域40の形状を正六角形としたこと以外は実施の形態1と同様であるのでその説明を省略した。
10a 第1主面
10b 第2主面
11 炭化珪素ドリフト層
60 ゲート絶縁膜
70 ゲート電極
80 層間絶縁膜
80a 角部
90 層間絶縁膜の開口
91 ゲート電極の開口
Claims (14)
- 第1の硬度を有する材料で構成された基板と、
前記基板の第1主面に設けられたドリフト層と、
前記ドリフト層上に絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極を覆うように形成され、前記第1の硬度よりも小さい第2の硬度を有する材料で構成された層間絶縁膜とを備え、
前記基板と前記ドリフト層とを合わせた厚みは200μm以下であり、
前記層間絶縁膜に、平面視において、全ての内角が90°より大きい多角形、円形または楕円形の開口が設けられている半導体装置。 - 前記ゲート電極は、平面視において、全ての内角が90°より大きい多角形、円形または楕円形の開口を有する形状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記ゲート電極の開口と前記層間絶縁膜の開口とは、平面視において相似となる形状に形成されていることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
- 前記層間絶縁膜の角部は、平面視において所定の曲率半径で丸められた形状に形成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記基板は、炭化珪素で構成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 前記層間絶縁膜は、酸化珪素で構成されていることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか一項に記載の半導体装置。
- 基板の第1主面に設けられたドリフト層上に、絶縁膜を介してゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極を覆うように層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜に、平面視において全ての内角が90°より大きい多角形、円形または楕円形の開口を形成する工程と、
前記層間絶縁膜が形成された前記基板を、前記第1主面と対向する第2主面側から薄板化する工程とを備えた半導体装置の製造方法。 - 前記基板を、前記基板と前記ドリフト層とを合わせた厚みが200μm以下になるように薄板化することを特徴とする請求項7に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記ゲート電極を、平面視において全ての内角が90°より大きい多角形、円形または楕円形の平面形状の開口を有する形状に形成することを特徴とする請求項7または請求項8に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記薄板化を研削により行うことを特徴とする請求項7ないし請求項9のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記ゲート電極の開口と前記層間絶縁膜の開口とを、平面視において相似となる形状に形成することを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記層間絶縁膜の角部を、平面視において所定の曲率半径で丸められた形状に形成することを特徴とする請求項7ないし請求項11のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記基板は、炭化珪素で構成されていることを特徴とする請求項7ないし請求項12のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記層間絶縁膜は、酸化珪素で構成されていることを特徴とする請求項7ないし請求項13のいずれか一項に記載の半導体装置の製造方法。
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