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。在日本特開平06-132539號(hào)公報(bào)中，公開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。在該日本特開平06-132539號(hào)公報(bào)中，公開了將柵極溝槽(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2O的水平方向的整個(gè)周圍設(shè)置保護(hù)溝槽(Protect1n Trench) 10從而防止電場(chǎng)外加到柵極溝槽20的方法。然而，在采用這樣的保護(hù)溝槽10的情況下，必須要將從柵極溝槽20的上方通往襯墊(Gate Pad)的多晶硅(Polysilicon)等的導(dǎo)電構(gòu)件81的配線設(shè)置為穿過(guò)保護(hù)溝槽10(參照?qǐng)D7)。因此，必須要將氧化物等的絕緣材料埋入保護(hù)溝槽10的指定的地方(在圖7所示的形態(tài)中用“箭頭”指出的地方)，且必須使導(dǎo)電構(gòu)件的配線在該絕緣材料上穿過(guò)，導(dǎo)致存在制造工序增加的缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于以上情況，本發(fā)明提供一種不會(huì)特別增加制造工序，且能夠以保護(hù)溝槽將柵極溝槽的周圍包圍住從而防止電場(chǎng)外加到柵極溝槽中的碳化硅半導(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)經(jīng)由絕緣膜從而被設(shè)置的柵極電極，
[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)的第一導(dǎo)電構(gòu)件，
[0013]在水平方向上，包含所述柵極溝槽，以及將所述柵極溝槽的僅一部分在水平方向上包圍的所述保護(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]在所述單元區(qū)域的所述柵極溝槽的上方以及所述柵極區(qū)域中設(shè)有第二導(dǎo)電構(gòu)件，
[0016]所述第二導(dǎo)電構(gòu)件被設(shè)置為經(jīng)過(guò)所述單元區(qū)域中不設(shè)有所述保護(hù)溝槽的地方，從所述單元區(qū)域的所述柵極溝槽的上方起延展到所述柵極區(qū)域。
[0017]在本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體裝置中，
[0018]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)在水平方向上直線延伸的所述單元區(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，
[0019]在所述一對(duì)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，
[0020]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，
[0021]所述第二導(dǎo)電構(gòu)件被設(shè)置為經(jīng)過(guò)所述一對(duì)單元區(qū)域直線溝槽的另一端側(cè)的上方，從所述單元區(qū)域的所述柵極溝槽的上方起延展到所述柵極區(qū)域亦可。
[0022]在本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體裝置中，
[0023]所述柵極溝槽在水平方向上直線延伸。
[0024]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。
[0025]在本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體裝置中，
[0026]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，
[0027]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。
[0028]在本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體裝置中，
[0029]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。
[0030]在本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體裝置中，
[0031]所述保護(hù)溝槽不具有在水平方向上的端部亦可。
[0032]本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法包括:
[0033]形成第一導(dǎo)電型碳化硅層的工序，
[0034]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，
[0035]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，
[0036]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，
[0037]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，
[0038]以及在所述保護(hù)溝槽內(nèi)設(shè)置第一導(dǎo)電構(gòu)件的工序，
[0039]在水平方向上，由包含所述柵極溝槽，以及將所述柵極溝槽的僅一部分在水平方向上包圍的所述保護(hù)溝槽這兩者的區(qū)域成為單元區(qū)域，
[0040]在水平方向上，由包含所述保護(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，
[0041]在所述單元區(qū)域的所述柵極溝槽的一部分的上方以及所述柵極區(qū)域中設(shè)置第二導(dǎo)電構(gòu)件，
[0042]將所述第二導(dǎo)電構(gòu)件設(shè)置為經(jīng)過(guò)所述單元區(qū)域中不設(shè)有所述保護(hù)溝槽的地方，從所述單元區(qū)域的所述柵極溝槽的上方起延展到所述柵極區(qū)域。
[0043]在本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體裝置的設(shè)計(jì)方法中，
[0044]所述碳化硅半導(dǎo)體裝置包括:
[0045]第一導(dǎo)電型碳化娃層，
[0046]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，
[0047]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，
[0048]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，
[0049]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，
[0050]以及被設(shè)置在所述保護(hù)溝槽內(nèi)的第一導(dǎo)電構(gòu)件，
[0051]在水平方向上，包含所述柵極溝槽，以及將所述柵極溝槽的僅一部分在水平方向上包圍的所述保護(hù)溝槽這兩者的區(qū)域成為單元區(qū)域，
[0052]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，
[0053]在所述單元區(qū)域的所述柵極溝槽的上方以及所述柵極區(qū)域中設(shè)置第二導(dǎo)電構(gòu)件，
[0054]所述第二導(dǎo)電構(gòu)件被設(shè)計(jì)為經(jīng)過(guò)所