本說明書公開的技術(shù)涉及半導(dǎo)體裝置。

背景技術(shù)：

專利文獻(xiàn)1(日本特開2009-188221號公報)的半導(dǎo)體裝置具備：形成有溝槽的半導(dǎo)體基板；覆蓋溝槽的內(nèi)表面的柵極絕緣膜；及配置在溝槽的內(nèi)部的柵極電極。半導(dǎo)體基板具備：與柵極絕緣膜相接的n型的源極區(qū)域；形成在源極區(qū)域的下方并與柵極絕緣膜相接的p型的基極區(qū)域；及形成在基極區(qū)域的下方并與柵極絕緣膜相接的n型的漂移區(qū)域。溝槽的底面以中心部比周緣部向上突出的方式形成。

在專利文獻(xiàn)1的半導(dǎo)體裝置中，通過基極區(qū)域與漂移區(qū)域的pn結(jié)來形成空乏層?？辗酉蚱茀^(qū)域的內(nèi)部擴(kuò)展，并擴(kuò)展至溝槽的底面的周圍。而且，空乏層從溝槽的底面的周緣部側(cè)朝向中心部側(cè)進(jìn)展。在上述的結(jié)構(gòu)中，溝槽的底面的中心部向上方突出，因此對于溝槽的底面的緊下方的漂移區(qū)域，從兩周緣部側(cè)朝向中心部側(cè)而從兩方向施加電壓。因此，能促進(jìn)溝槽的底面的緊下方的漂移區(qū)域的空乏化。由此，在溝槽的底面的下方形成的空乏層的電容下降，反饋電容下降，因此能夠降低半導(dǎo)體裝置的開關(guān)損失。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

在專利文獻(xiàn)1的半導(dǎo)體裝置中，當(dāng)覆蓋溝槽的底面的柵極絕緣膜的厚度變薄時，能夠進(jìn)一步促進(jìn)溝槽的底面的緊下方的漂移區(qū)域的空乏化。然而，當(dāng)單純地減薄溝槽的底面的柵極絕緣膜時，柵極絕緣膜的電容增大，反饋電容增大，因此半導(dǎo)體裝置的開關(guān)損失增大。而且，當(dāng)單純地減薄柵極絕緣膜時，柵極絕緣膜的耐壓下降，柵極絕緣膜的壽命下降。

因此，本說明書的目的在于提供一種能夠確保覆蓋溝槽的底面的柵極絕緣膜的耐壓并抑制開關(guān)損失的半導(dǎo)體裝置。

用于解決課題的方案

本說明書公開的半導(dǎo)體裝置具備：半導(dǎo)體基板，在表面形成有溝槽；柵極絕緣膜，覆蓋溝槽的內(nèi)表面；及柵極電極，配置在溝槽的內(nèi)部。半導(dǎo)體基板具備：第一導(dǎo)電型的第一區(qū)域，與覆蓋所述溝槽的兩側(cè)面的柵極絕緣膜相接；第二導(dǎo)電型的第二區(qū)域，形成在第一區(qū)域的下方，且與覆蓋所述溝槽的兩側(cè)面的柵極絕緣膜相接；及第一導(dǎo)電型的第三區(qū)域，形成在第二區(qū)域的下方，且與覆蓋溝槽的兩側(cè)面和底面的柵極絕緣膜相接。溝槽的底面以在短邊方向上中心部比周緣部向上突出的方式形成。覆蓋周緣部的柵極絕緣膜的厚度比覆蓋中心部的柵極絕緣膜的厚度厚。

根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，空乏層從第二導(dǎo)電型的第二區(qū)域與第一導(dǎo)電型的第三區(qū)域的交界向周圍擴(kuò)展。空乏層向第三區(qū)域的內(nèi)部擴(kuò)展，擴(kuò)展至溝槽的底面的周圍。而且，空乏層從溝槽的底面的周緣部側(cè)向中心部側(cè)進(jìn)展。在上述的半導(dǎo)體裝置中，以溝槽的底面的中心部比周緣部向上突出的方式形成，因此在空乏層向溝槽的底面的中心部側(cè)進(jìn)展時，等電位線(面)成為以沿著溝槽的底面的形狀的方式延伸的狀態(tài)。此時，溝槽的底面的中心部向上突出而周緣部向下突出，因此電場集中于突出的周緣部的附近。然而，在上述的半導(dǎo)體裝置中，覆蓋溝槽的底面的周緣部的柵極絕緣膜的厚度比覆蓋中心部的柵極絕緣膜的厚度厚。由此，能夠提高溝槽的底面的周緣部的柵極絕緣膜的耐壓，能夠抑制劣化。

另一方面，與溝槽的底面的周緣部相比中心部處的柵極絕緣膜薄，因此能夠促進(jìn)中心部的緊下方的漂移區(qū)域的空乏化。由此，在中心部的緊下方形成的空乏層的電容下降，反饋電容下降，因此能夠抑制半導(dǎo)體裝置的開關(guān)損失的增大。而且，能促進(jìn)中心部的緊下方的漂移區(qū)域的空乏化，因此不會向中心部的柵極絕緣膜施加高電場。因此，即使覆蓋溝槽的底面的中心部的柵極氧化膜薄，柵極氧化膜也能夠承受電場。如以上說明所述，根據(jù)該半導(dǎo)體裝置，能夠確保覆蓋溝槽的底面的柵極絕緣膜的耐壓，并抑制開關(guān)損失。

附圖說明

圖1是半導(dǎo)體裝置的剖視圖。

圖2是圖1的主要部分ii的放大圖。

圖3是其他的實施方式的半導(dǎo)體裝置的主要部分的放大圖。

具體實施方式

以下，關(guān)于實施方式，參照附圖進(jìn)行說明。如圖1及圖2所示，半導(dǎo)體裝置1具備半導(dǎo)體基板10、配置在半導(dǎo)體基板10的表面的表面電極21及配置在半導(dǎo)體基板10的背面的背面電極22。需要說明的是，圖1中的虛線示意性地示出柵極電極52為斷開電位、表面電極21為低電位、背面電極22為高電位時的半導(dǎo)體基板10內(nèi)的等電位線(面)。

表面電極21覆蓋半導(dǎo)體基板10的表面。背面電極22覆蓋半導(dǎo)體基板10的背面。表面電極21及背面電極22例如由鋁(al)、銅(cu)等金屬形成。

半導(dǎo)體基板10由碳化硅(sic)形成。在其他的例子中，半導(dǎo)體基板10可以由硅(si)或氮化鎵(gan)等形成。在半導(dǎo)體基板10的內(nèi)部形成有半導(dǎo)體元件。在本實施方式中，作為半導(dǎo)體元件而例示出縱型的mosfet(metaloxidesemiconductorfieldeffecttransistor：金屬-氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)。

在半導(dǎo)體基板10的表面形成有溝槽30。而且，半導(dǎo)體基板10具備源極區(qū)域11(第一區(qū)域的一例)、在源極區(qū)域11的下方形成的基極區(qū)域12(第二區(qū)域的一例)、在基極區(qū)域12的下方形成的漂移區(qū)域15(第三區(qū)域的一例)及在漂移區(qū)域15的下方形成的漏極區(qū)域13。

溝槽30沿著半導(dǎo)體基板10的深度方向(z方向)延伸。溝槽30從半導(dǎo)體基板10的表面貫通源極區(qū)域11及基極區(qū)域12而延伸至到達(dá)漂移區(qū)域15的深度。在溝槽30的內(nèi)表面形成有柵極絕緣膜51。在溝槽30的內(nèi)部配置有柵極電極52。溝槽30具備第一側(cè)面31、第二側(cè)面32及底面40。

溝槽30的第一側(cè)面31與第二側(cè)面32在溝槽30的短邊方向(x方向)上相向。第一側(cè)面31及第二側(cè)面32傾斜。第一側(cè)面31與第二側(cè)面32隨著從半導(dǎo)體基板10的表面?zhèn)瘸蛏疃确较?z方向)而接近。第一側(cè)面31與第二側(cè)面32的距離在溝槽30的深度方向上的下部比上部短。溝槽30的底部34的寬度比開口部33的寬度窄。

溝槽30的底面40形成在第一側(cè)面31與第二側(cè)面32之間。底面40形成為山型(凸?fàn)?。如圖2所示，底面40在短邊方向(x方向)上具備中心部43及周緣部44。周緣部44位于比中心部43靠側(cè)面31、32側(cè)處。底面40在短邊方向(x方向)上以中心部43比周緣部44向上突出的方式形成。即，在深度方向(z方向)上，底面40的中心部43處于比周緣部44淺的位置。

底面40具備第一斜面41及第二斜面42。第一斜面41從底面40的中心部43向第一側(cè)面31延伸。第一斜面41與第一側(cè)面31連結(jié)。第二斜面42從底面40的中心部43向第二側(cè)面32延伸。第二斜面42與第二側(cè)面32連結(jié)。在底面40的中心部43，第一斜面41與第二斜面42所成的角度θ優(yōu)選為90°以下。在第一側(cè)面31與第一斜面41之間形成有第一角部36。在第二側(cè)面32與第二斜面42之間形成有第二角部37。

柵極絕緣膜51覆蓋第一側(cè)面31、第二側(cè)面32及底面40。通過使氧化膜堆積于溝槽30的內(nèi)表面而能夠形成柵極絕緣膜51。柵極絕緣膜51例如是teos(tetra-ethylortho-silicate：四乙基硅酸鹽)的膜。在溝槽30的第一角部36，氧化膜從溝槽30的第一側(cè)面31及第一斜面41堆積。由此，第一角部36的柵極絕緣膜51的厚度變厚。同樣，在溝槽30的第二角部37，氧化膜從溝槽30的第二側(cè)面32及第二斜面42堆積。由此，第二角部37的柵極絕緣膜51的厚度變厚。覆蓋溝槽30的底面40的周緣部44的柵極絕緣膜51的厚度t1比覆蓋底面40的中心部43的柵極絕緣膜51的厚度t2厚。

柵極電極52例如由鋁或多晶硅形成。柵極電極52填充于比柵極絕緣膜51靠內(nèi)側(cè)處。柵極電極52通過柵極絕緣膜51而與半導(dǎo)體基板10絕緣。在柵極電極52的上方配置有層間絕緣膜53。層間絕緣膜53形成在柵極電極52與表面電極21之間，使兩者絕緣。

源極區(qū)域11是n型的區(qū)域。源極區(qū)域11的不純物濃度高。源極區(qū)域11形成在半導(dǎo)體基板10的表層部。源極區(qū)域11在向半導(dǎo)體基板10的表面露出的范圍形成為島狀。源極區(qū)域11與覆蓋第一側(cè)面31及第二側(cè)面32的柵極絕緣膜51相接。源極區(qū)域11與表面電極21相接。源極區(qū)域11相對于表面電極21進(jìn)行歐姆連接，且與表面電極21導(dǎo)通。

基極區(qū)域12是p型的區(qū)域?；鶚O區(qū)域12與柵極絕緣膜51相接?；鶚O區(qū)域12具備基極接觸區(qū)域121、低濃度基極區(qū)域122及突出區(qū)域123?；鶚O接觸區(qū)域121的不純物濃度高。低濃度基極區(qū)域122及突出區(qū)域123的不純物濃度比基極接觸區(qū)域121的不純物濃度低。

基極接觸區(qū)域121形成于半導(dǎo)體基板10的表層部?；鶚O接觸區(qū)域121在向半導(dǎo)體基板10的表面露出的范圍形成為島狀。基極接觸區(qū)域121與表面電極21相接。基極接觸區(qū)域121相對于表面電極21進(jìn)行歐姆連接，且與表面電極21導(dǎo)通。

低濃度基極區(qū)域122形成在源極區(qū)域11及基極接觸區(qū)域121的下方。通過低濃度基極區(qū)域122將源極區(qū)域11從漂移區(qū)域15分離。低濃度基極區(qū)域122在源極區(qū)域11的下側(cè)，與覆蓋第一側(cè)面31及第二側(cè)面32的柵極絕緣膜51相接。

突出區(qū)域123形成在低濃度基極區(qū)域122的下方。突出區(qū)域123向漂移區(qū)域15側(cè)突出。突出區(qū)域123進(jìn)入漂移區(qū)域15之中。突出區(qū)域123形成在從溝槽30分離的位置。在溝槽30的短邊方向(x方向)上，在溝槽30的兩側(cè)形成有突出區(qū)域123。突出區(qū)域123的下端141處于比溝槽30的底面40的上端401深的位置。即，溝槽30的底面40的中心部43形成在比突出區(qū)域123的下端141淺的位置。而且，突出區(qū)域123的下端141處于比溝槽30的底面40的下端402淺的位置。即，溝槽30的底面40的周緣部44形成在比突出區(qū)域123的下端141深的位置。

漂移區(qū)域15是n型的區(qū)域。漂移區(qū)域15的不純物濃度低。漂移區(qū)域15與柵極絕緣膜51相接。漂移區(qū)域15形成在突出區(qū)域123的周圍及溝槽30的底部34的周圍。漂移區(qū)域15與覆蓋溝槽30的兩側(cè)面31、32和底面40的柵極絕緣膜51相接。

漏極區(qū)域13是n型的區(qū)域。漏極區(qū)域13的不純物濃度高。漏極區(qū)域13形成在向半導(dǎo)體基板10的背面露出的范圍。漏極區(qū)域13與背面電極22相接。漏極區(qū)域13相對于背面電極22進(jìn)行歐姆連接，且與背面電極22導(dǎo)通。

在使半導(dǎo)體裝置1動作時，對于背面電極22施加比表面電極21高的電位。在此狀態(tài)下如果向柵極電極52施加閾值以上的電位，則在低濃度基極層122形成通道，電流從背面電極22經(jīng)由漏極區(qū)域13、漂移區(qū)域15、通道、源極區(qū)域11朝向表面電極21流動。即，mosfet接通。當(dāng)使柵極電極52的電位下降到閾值以下時，通道消失，mosfet斷開。在mosfet斷開時，向p型的基極區(qū)域12與n型的漂移區(qū)域15的pn結(jié)施加反向電壓，由此形成從兩者的交界向周圍擴(kuò)展的空乏層。空乏層向漂移區(qū)域15的內(nèi)部擴(kuò)展，擴(kuò)展至溝槽30的底面40的周圍。

如圖2的箭頭200所示，空乏層從溝槽30的底面40的周緣部44側(cè)向中心部43側(cè)進(jìn)展。在上述的半導(dǎo)體裝置1中，溝槽30的底面40以中心部43比周緣部44向上突出的方式形成。由此，在空乏層進(jìn)展到溝槽30的底面40的中心部43側(cè)時，如圖1所示，成為等電位線(面)以沿著溝槽30的底面40的形狀的方式延伸的狀態(tài)。

在上述的半導(dǎo)體裝置1中，溝槽30的底面40的中心部43向上突出，而周緣部44向下突出，因此電場集中于突出的周緣部44的附近。然而，在上述的半導(dǎo)體裝置1中，覆蓋溝槽30的底面40的周緣部44的柵極絕緣膜51的厚度t1比覆蓋中心部43的柵極絕緣膜51的厚度t2厚。即，溝槽30的第一角部36及第二角部37的柵極絕緣膜51的厚度厚。其結(jié)果是，第一角部36及第二角部37的柵極絕緣膜51能夠承受電場。

另外，根據(jù)上述的半導(dǎo)體裝置1，相對于溝槽30的底面40的周緣部44，覆蓋中心部43的柵極絕緣膜51薄，因此能夠促進(jìn)中心部43的緊下方的漂移區(qū)域15的空乏化。由此，在中心部43的緊下方形成的空乏層100的電容下降，反饋電容下降，因此能夠抑制半導(dǎo)體裝置1的開關(guān)損失的增大。而且，由于能促進(jìn)中心部43的緊下方的漂移區(qū)域15的空乏化，因此在中心部43的下方難以產(chǎn)生高電場。由此，即使覆蓋溝槽30的底面40的中心部43的柵極氧化膜51薄，中心部43的柵極氧化膜51也能夠承受電場。如以上所述，在半導(dǎo)體裝置10中，覆蓋溝槽30的底面40的柵極絕緣膜51具有充分的耐壓，并且與以往相比也能夠抑制開關(guān)損失。

另外，在上述的半導(dǎo)體裝置1中，溝槽30的底面40的第一斜面41與第二斜面42所成的角度θ為90°以下。這樣當(dāng)?shù)谝恍泵?1與第二斜面42所成的角度陡峭時，在第一斜面41與第二斜面42之間的漂移區(qū)域15難以產(chǎn)生高電場，溝槽30的底面40附近的等電位線的間隔變寬。由此，能夠降低由柵極電極52和漂移區(qū)域15產(chǎn)生的反饋電容。其結(jié)果是，能夠降低半導(dǎo)體裝置1的開關(guān)損失。

另外，在上述的半導(dǎo)體裝置1中，基極區(qū)域12具備在從柵極絕緣膜51分離的位置向漂移區(qū)域15側(cè)突出的突出區(qū)域123。由此，空乏層從突出區(qū)域123與漂移區(qū)域15的交界向周圍擴(kuò)展，能夠促進(jìn)溝槽30的底面40的周圍的空乏化。而且，在溝槽30的底面40的周緣部44側(cè)和中心部43側(cè)不會出現(xiàn)電場的偏斜，電場的強度的平衡變得良好。因此，覆蓋溝槽30的底面40的周緣部44的柵極絕緣膜51的電場與覆蓋中心部43的柵極絕緣膜51的電場實現(xiàn)均勻化，能夠抑制在柵極絕緣膜上作用的負(fù)載的偏斜。由此，能夠抑制覆蓋溝槽30的底面40的柵極絕緣膜51的劣化。

以上，說明了一實施方式，但是具體的形態(tài)沒有限定為上述實施方式。例如，在其他的實施方式中，如圖3所示，溝槽30的底面40可以形成在比突出區(qū)域123的下端141淺的位置。突出區(qū)域123的下端141形成在比溝槽30的下端402深的位置。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，能夠緩和溝槽30的第一角部36及第二角部37的附近的漂移區(qū)域15的電場。由此，能夠抑制溝槽30的第一角部36及第二角部37的柵極絕緣膜51的耐壓下降。

另外，在上述實施方式中，作為半導(dǎo)體元件的一例而說明了mosfet，但是沒有限定為該結(jié)構(gòu)。在其他的實施方式中，半導(dǎo)體元件可以是igbt(insulatedgatebipolartransistor：絕緣柵雙極型晶體管)。

以上，詳細(xì)地說明了本發(fā)明的具體例，但是它們只不過是例示，沒有限定要求權(quán)利的范圍。要求權(quán)利的范圍記載的技術(shù)包括對于以上例示的具體例進(jìn)行了各種變形、變更的結(jié)構(gòu)。本說明書或附圖說明的技術(shù)要素單獨地或者通過各種組合而發(fā)揮技術(shù)上的有用性，沒有限定為申請時權(quán)利要求項記載的組合。而且，本說明書或附圖例示的技術(shù)是能同時實現(xiàn)多個目的的技術(shù)，實現(xiàn)其中的一個目的自身就具有技術(shù)上的有用性。

以下說明本說明書公開的技術(shù)要素的一例。需要說明的是，以下記載的技術(shù)要素分別是獨立的技術(shù)要素，單獨地或者通過各種組合而發(fā)揮技術(shù)上的有用性。

溝槽的底面可以具備從中心部向溝槽的一個側(cè)面延伸的第一斜面和從中心部向溝槽的另一個側(cè)面延伸的第二斜面。第一斜面與第二斜面所成的角度可以為90°以下。

第二區(qū)域可以具備在從柵極絕緣膜分離的位置向第三區(qū)域側(cè)突出的突出區(qū)域。

溝槽的底面可以形成在比突出區(qū)域的下端淺的位置。

附圖標(biāo)記說明

1：半導(dǎo)體裝置

10：半導(dǎo)體基板

11：源極區(qū)域

12：基極區(qū)域

13：漏極區(qū)域

15：漂移區(qū)域

21：表面電極

22：背面電極

30：溝槽

31：第一側(cè)面

32：第二側(cè)面

33：開口部

34：底部

36：第一角部

37：第二角部

40：底面

41：第一斜面

42：第二斜面

43：中心部

44：周緣部

51：柵極絕緣膜

52：柵極電極

53：層間絕緣膜

121：基極接觸區(qū)域

122：低濃度基極區(qū)域

123：突出區(qū)域

141：下端

401：上端

402：下端