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JP6876536B2 - 半導体素子及びその製造方法 - Google Patents
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Description

本発明は、炭化ケイ素(SiC:シリコンカーバイド)を含む半導体素子及びその製造方法に関する。
電力用半導体素子は、特に、非常に大きい電流を流しながら導通状態での電力損失を少なくするために、低いオン抵抗又は低い飽和電圧が要求される。また、オフ状態又はスイッチがオフされる瞬間に電力用半導体素子の両端に印加されるPN接合の高い逆方向電圧に耐えられる特性、つまり、高い降伏電圧特性が基本的に要求される。
電力用半導体素子のうち、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ(MOSFET:metal oxide semiconductor field effect transistor)は、デジタル回路とアナログ回路で最も一般的な電界効果トランジスタである。
電力システムで要求される定格電圧によって、電力用半導体素子を製造するための原材料のエピタキシャル層(epitaxial layer)又はドリフト(drift)領域の濃度及び厚さが決定される。ポアソン方程式(Poisson equation)によれば、電力用半導体素子の高い降伏電圧が要求されるほど、低濃度及び厚さの厚いエピタキシャル層又はドリフト領域が必要であるが、これはオン抵抗を増加させて順方向の電流密度を減少させる原因となる。
本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、電流密度を向上させた炭化ケイ素半導体素子及びその製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による半導体素子は、n+型炭化ケイ素基板の第1面上に形成されたn−型炭化ケイ素層と、前記n−型炭化ケイ素層上に形成されたp型領域と、前記p型領域の一部に隣接するか又は前記p型領域内に形成された補助n+型領域と、前記p型領域内に形成されたn+型領域と、前記補助n+型領域上及び前記p型領域上に形成された補助電極と、前記補助電極から離隔されて前記n−型炭化ケイ素層上に形成されたゲート電極と、前記補助電極及び前記ゲート電極から離隔されたソース電極と、前記n+型炭化ケイ素基板の前記第1面に対向する第2面上に形成されたドレイン電極と、を備え、前記補助n+型領域と前記n+型領域とは互いに離隔され、前記ソース電極は、前記n+型領域に接触することを特徴とする。
前記補助電極は、前記p型領域に接触し得る。
前記半導体素子は、前記n−型炭化ケイ素層上に形成された第1トレンチと、前記第1トレンチ内に形成されたゲート絶縁膜と、をさらに含み得る。
前記ゲート電極は、前記第1トレンチ内に形成され、前記補助n+型領域は、前記第1トレンチの側面に隣接し得る。
前記p型領域は、前記第1トレンチの側面に隣接し得る。
前記半導体素子は、前記ゲート電極及び前記補助電極と前記ソース電極との間に形成された絶縁膜をさらに含み得る。
前記半導体素子は、前記n−型炭化ケイ素層上に形成されて前記第1トレンチから離隔された第2トレンチをさらに含み得る。
前記p型領域は、前記第2トレンチの側面に隣接して前記第2トレンチの下部面まで延長され得る。
前記n+型領域は、前記第2トレンチの下部面に形成され得る。
前記補助電極は、前記補助n+型領域上から前記第2トレンチの側面に沿って前記第2トレンチの下部面まで延長され得る。
前記半導体素子は、前記n−型炭化ケイ素層、前記p型領域、及び前記補助n+型領域上に形成されたゲート絶縁膜をさらに含み得る。
前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁膜上に形成され、前記補助電極は、前記ゲート絶縁膜の側面に位置し得る。
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様による半導体素子の製造方法は、n+型炭化ケイ素基板の第1面上にn−型炭化ケイ素層を形成する段階と、前記n−型炭化ケイ素層をエッチングして互いに離隔される第1トレンチ及び第2トレンチを形成する段階と、前記第2トレンチの側面に隣接して前記第2トレンチの下部面まで延長されるp型領域を形成する段階と、前記p型領域及び前記n−型炭化ケイ素層上に補助n+型領域を形成する段階と、前記補助n+型領域から離隔されるn+型領域を前記p型領域内に形成する段階と、前記補助n+型領域上に補助電極を形成する段階と、前記第1トレンチ内にゲート絶縁膜を形成する段階と、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する段階と、前記ゲート電極及び前記補助電極上に絶縁膜を形成する段階と、前記絶縁膜及び前記n+型領域上にソース電極を形成する段階と、前記n+型炭化ケイ素基板の前記第1面に対向する第2面上にドレイン電極を形成する段階と、を有し、前記補助電極は、前記ゲート電極及び前記ソース電極から離隔され、前記ソース電極は、前記n+型領域に接触することを特徴とする。
本発明によれば、ゲート電極及びソース電極から離隔された補助電極を配置することにより、順方向電圧印加時、補助電極によってドレイン電極とソース電極との間に電子による電流及び正孔による電流が流れるので、半導体素子の電流密度が向上する。これにより、電流密度が向上し、同一の電流量に対して半導体素子の面積を減少させることができる。また、正孔による電流の流れによって半導体素子のオン抵抗が減少する。
本発明の一実施形態による半導体素子の断面図である。 図1に示す半導体素子のオフ(off)状態を示す断面図である。 図1に示す半導体素子のニー電圧(knee voltage)未満での動作状態を示す断面図である。 図1に示す半導体素子のニー電圧(knee voltage)以上での動作状態を示す断面図である。 本発明の一実施形態による半導体素子の製造方法の一例を示す工程断面図である。 本発明の一実施形態による半導体素子の製造方法の一例を示す工程断面図である。 本発明の一実施形態による半導体素子の製造方法の一例を示す工程断面図である。 本発明の一実施形態による半導体素子の製造方法の一例を示す工程断面図である。 本発明の一実施形態による半導体素子の製造方法の一例を示す工程断面図である。 本発明の一実施形態による半導体素子の製造方法の一例を示す工程断面図である。 本発明の一実施形態による半導体素子の他の例を示す断面図である。 本発明の一実施形態による半導体素子の他の例を示す断面図である。 本発明の一実施形態による半導体素子の他の例を示す断面図である。
以下、本発明を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。しかし、本発明は、ここで説明する実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態で具体化することも可能である。以下で説明する実施形態は、開示内容が完全になるように、また当業者に本発明の技術思想が十分に伝わるようにするために提供される。
図面において、層及び領域の厚さは、明確性を期するために誇張した。また、層が他の層又は基板の「上」にあると記載する場合、それは他の層又は基板上に直接形成されるか又はこれらの間に第3の層が介在される。
図1は、本発明の一実施形態による半導体素子の断面図である。
図1を参照すると、本実施形態による半導体素子は、n+型炭化ケイ素基板100、n−型炭化ケイ素層200、p型領域300、補助n+型領域400、n+型領域450、補助電極500、ゲート電極700、ソース電極800、及びドレイン電極900を備える。
n−型炭化ケイ素層200は、n+型炭化ケイ素基板100の第1面上に形成される。n−型炭化ケイ素層200上には、互いに離隔された第1トレンチ210及び第2トレンチ220が形成される。第1トレンチ210及び第2トレンチ220の深さは同じである。
p型領域300は、第2トレンチ220の側面に隣接して第2トレンチ220の下部面(底面)まで延長されて形成される。p型領域300は、第1トレンチ210の側面には接触しない。
補助n+型領域400は、n−型炭化ケイ素層200及びp型領域300上に形成され、第1トレンチ210と第2トレンチ220との間に位置する。
n+型領域450は、第2トレンチ220の下部面(底面)に形成されたp型領域300内に形成される。n+型領域450と補助n+型領域400とは互いに離隔される。
補助電極500は、補助n+型領域400上に形成され、第2トレンチ220の側面内側に沿って第2トレンチ220の下部面(底面)まで延長される。つまり、補助電極500は、補助n+型領域400に接触し、第2トレンチ220の側面及び下部面(底面)でp型領域300に接触する。補助電極500は、ゲート電極700、ソース電極800、及びドレイン電極900から離隔される。補助電極500はオーミック(Ohmic)金属を含む。
第1トレンチ210内にはゲート絶縁膜610が形成される。ゲート電極700は、ゲート絶縁膜610上に形成される。ゲート絶縁膜610は、第1トレンチ210に隣接する補助n+型領域400上まで延長される。ゲート絶縁膜610は酸化シリコン(SiO2)を含み、ゲート電極700は多結晶シリコン(poly−crystalline silicone)又は金属を含む。
ゲート電極700及び補助電極500上に絶縁膜620が形成される。絶縁膜620は、ゲート電極700を覆う。絶縁膜620は、第2トレンチ220の下部面(底面)まで延長され、補助電極500を覆う。
n+型領域450上、絶縁膜620上、及び第2トレンチ220内にソース電極800が形成される。ソース電極800は、第2トレンチ220の下部面(底面)でn+型領域450に接触する。ドレイン電極900は、n+型炭化ケイ素基板100の第2面上に形成される。ここで、ソース電極800及びドレイン電極900は、オーミック(Ohmic)金属を含む。また、n+型炭化ケイ素基板100の第2面は、n+型炭化ケイ素基板100の第1面に対して反対側の面である。
以下、本実施形態による半導体素子の動作について図2〜図4を参照して説明する。
図2〜図4は、図1に示す半導体素子の動作状態を示す断面図である。
図2は、図1に示す半導体素子のオフ(off)状態を示す断面図である。図3及び図4は、図1に示す半導体素子のオン(on)状態を示す断面図である。図3は、図1に示す半導体素子のニー電圧(knee voltage)未満での動作状態を示す断面図である。図4は、図1に示す半導体素子のニー電圧(knee voltage)以上での動作状態を示す断面図である。図3の動作と図4の動作とは連続して行われる。
半導体素子のオフ状態は、以下の条件で成立する。
GS<VTH、VDS≧0V
半導体素子のニー電圧(knee voltage)未満での動作は、以下の条件で成立する。
GS≧VTH、0<VDS<Vknee
半導体素子のニー電圧(knee voltage)以上での動作は、以下の条件で成立する。
GS≧VTH、VDS≧Vknee
ここで、VTHは、MOSFETのしきい電圧(threshold voltage)であり、Vkneeは、ニー電圧(knee voltage)であり、VGSは、V−V間電圧であり、VDSは、V−V間電圧である。Vは、ゲート電極に印加される電圧であり、Vは、ドレイン電極に印加される電圧であり、Vは、ソース電極に印加される電圧である。
一方、補助電極500には電圧が直接的に印加されない。
図2を参照すると、半導体素子のオフ(off)時、n−型炭化ケイ素層200内に空乏層50が形成され、電子及び電流の流れが発生しない。空乏層50は、第1トレンチ210の側面及び下部面(底面)を囲み、p型領域300を囲む。
図3を参照すると、半導体素子のニー電圧(knee voltage)未満での動作時、半導体素子のオフ(off)の時に対して、第1トレンチ210の下部面(底面)下に形成された空乏層50と第1トレンチ210の側面に形成された空乏層50とが除去される。つまり、空乏層50は、p型領域300を囲む領域にだけ形成される。
この時、第1トレンチ210の側面に隣接して位置するn−型炭化ケイ素層200にチャンネルが形成され、このチャンネルを介して電子e−が補助n+型領域400からドレイン電極900に向かって移動する。したがって、この電子e−による電流がドレイン電極900から補助n+型領域400に流れる。この電流の流れにより補助電極500及びp型領域300に電圧が印加される。
図4を参照すると、半導体素子のニー電圧(knee voltage)以上での動作時、半導体素子のニー電圧(knee voltage)以下での動作時に対して、p型領域300下に形成された一部空乏層50が除去される。つまり、空乏層50はn+型領域450に対応する部分の一部には形成されない。
この時、電子e−は、ソース電極800からn+型領域450を介してドレイン電極900に移動する。したがって、電子e−による電流は、ドレイン電極900からソース電極800に流れる。
また、正孔h+は、ドレイン電極900からソース電極800に移動する。したがって、正孔h+による電流は、ドレイン電極900からソース電極800に流れる。
このように、本実施形態による半導体素子は、順方向電圧の印加時、補助電極500によってドレイン電極900とソース電極800との間に電子による電流及び正孔による電流が流れるので、電流密度が向上する。電流密度が向上することによって同一の電流量に対して半導体素子の面積を減少させることができる。
また、正孔による電流の流れによって半導体素子のオン抵抗が減少する。
以下、表1を参照して、本実施形態による半導体素子及び比較例の半導体素子の特性を比較しながら説明する。比較例の半導体素子は、本実施形態による補助電極が適用されない一般的なパワーMOSFET素子である。
表1は、本実施形態による半導体素子及び比較例の半導体素子のシミュレーション結果を示した比較表である。
表1では、本実施形態による半導体素子及び比較例の半導体素子の降伏電圧をほぼ同一にして電流密度を比較した。
Figure 0006876536
表1を参照すると、比較例の半導体素子のオン抵抗は11.0mΩcmであり、本実施形態による半導体素子のオン抵抗は6.9mΩcmであった。本実施形態による半導体素子のオン抵抗が比較例の半導体素子のオン抵抗に対して約37%減少していることが分かる。
電流密度は、VGSが10Vでは、比較例の半導体素子と本実施形態による半導体素子とはほぼ同一であり、15V及び20Vでは、本実施形態による半導体素子が比較例の半導体素子よりも大きいことが分かる。
以下、図5〜図10、及び図1を参照して本発明の一実施形態による半導体素子の製造方法について説明する。
図5〜図10は、本発明の一実施形態による半導体素子の製造方法の一例を示す工程断面図である。
図5を参照すると、n+型炭化ケイ素基板100を備え、n+型炭化ケイ素基板100の第1面にエピタキシャル成長でn−型炭化ケイ素層200を形成する。
図6を参照すると、n−型炭化ケイ素層200の一部領域をエッチングして互いに離隔された第1トレンチ210及び第2トレンチ220を形成する。この時、第1トレンチ210及び第2トレンチ220は同時に形成される。
図7を参照すると、第2トレンチ220の側面及び下部面(底面)にホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)、インジウム(In)などのp型不純物イオンを注入してp型領域300を形成する。したがって、p型領域300は、第2トレンチ220の側面に隣接して第2トレンチ220の下部面(底面)まで延長されて形成される。
図8を参照すると、p型領域300及びn−型炭化ケイ素層200に窒素(N)、燐(P)、砒素(As)、アンチモン(Sb)などのn型不純物イオンを注入して互いに離隔される補助n+型領域400及びn+型領域450を形成する。補助n+型領域400は、第1トレンチ210と第2トレンチ220との間に位置するp型領域300及びn−型炭化ケイ素層200上に形成される。n+型領域450は、第2トレンチ220の下部面(底面)に形成されたp型領域300内に形成される。
図9を参照すると、補助n+型領域400上に補助電極500が形成される。補助電極500は、補助n+型領域400上で第2トレンチ220の側面内側に沿って第2トレンチ220の下部面(底面)まで延長される。補助電極500は、第2トレンチ220の側面及び下部面(底面)でp型領域300に接触する。
図10を参照すると、第1トレンチ210上にゲート絶縁膜610を形成した後、ゲート絶縁膜610上にゲート電極700を形成し、その後、ゲート電極700及び補助電極500上に絶縁膜620を形成する。
図1を参照すると、絶縁膜620上及びn+型領域450上にソース電極800を形成し、n+型炭化ケイ素基板100の第2面にドレイン電極900を形成する。
本実施形態による半導体素子の製造方法では、第1トレンチ210及び第2トレンチ220を同時に形成した後、p型領域300を形成したが、これに限定されず、第1トレンチ210及び第2トレンチ220をそれぞれ別途に形成することもできる。例えば、第1トレンチ210を先に形成した後、第2トレンチ220を形成し、その後p型領域300を形成するか、又は第2トレンチ220を先に形成した後、p型領域300を形成し、その後第1トレンチ210を形成してもよい。
一方、補助電極の本実施形態による半導体素子の構造以外に、多様な構造を半導体素子に適用し得る。これについては、図11〜図13を参照して説明する。
図11〜図13は、それぞれ本発明の一実施形態による半導体素子の他の例を示す断面図である。
図11を参照すると、本実施形態による半導体素子は、図1に示す半導体素子と比較して、p型領域300の形状が違うだけであり、他の構造は同一であるため、同一の構造に対する説明は省略する。
p型領域300は、第2トレンチ220の側面に隣接して第2トレンチ220の下部面(底面)にまで延長して形成される。また、p型領域300は、第1トレンチ210の側面に隣接して形成される。このため、本実施形態による半導体素子のオン動作時に、チャンネルは第1トレンチ210の側面に隣接して形成されたp型領域300に形成される。
図12を参照すると、本実施形態による半導体素子は図1に示す半導体素子と比較して、第2トレンチ220が存在しない。
p型領域300は、n−型炭化ケイ素層200上に位置し、第1トレンチ210の側面に隣接するように形成され、n+型領域450と補助n+型領域400とは互いに離隔されてp型領域300内に形成される。補助n+型領域400は、第1トレンチ210の側面に隣接して形成される。
補助電極500は、補助n+型領域400及びp型領域300上に形成される。補助電極500は、p型領域300の上部面と接触する。その他の構造は、図1に示す半導体素子の構造と同一であるため、同一の構造に対する説明は省略する。
本実施形態による半導体素子のオン動作時、チャンネルは、第1トレンチ210の側面に隣接するp型領域300に形成される。
図13を参照すると、本実施形態による半導体素子は、図1に示す半導体素子と比較して、第1トレンチ210及び第2トレンチ220が存在しない。
以下、図13に示す半導体素子の構造について具体的に説明する。
本実施形態による半導体素子は、n+型炭化ケイ素基板100、n−型炭化ケイ素層200、p型領域300、補助n+型領域400、n+型領域450、補助電極500、ゲート電極700、ソース電極800、及びドレイン電極900を備える。
n−型炭化ケイ素層200は、n+型炭化ケイ素基板100の第1面に形成され、p型領域300は、n−型炭化ケイ素層200の上部面に形成される。補助n+型領域400とn+型領域450とは互いに離隔されてp型領域300内の上部面に形成される。
n−型炭化ケイ素層200、p型領域300、及び補助n+型領域400上にゲート絶縁膜610が形成され、ゲート絶縁膜610上にゲート電極700が形成される。
ゲート絶縁膜610の側面に補助電極500が形成される。補助電極500は、補助n+型領域400及びp型領域300上に形成される。補助電極500は、ゲート電極700、ソース電極800、及びドレイン電極900から離隔される。補助電極500は、p型領域300の上部面に接触する。
ゲート電極700及び補助電極500上に絶縁膜620が形成される。絶縁膜620は、ゲート電極700の側面を覆う。
n+型領域450及び絶縁膜620上にソース電極800が形成される。ソース電極800は、n+型領域450に接触する。ドレイン電極900は、n+型炭化ケイ素基板100の第2面に形成される。ここで、ソース電極800及びドレイン電極900はオーミック(Ohmic)金属を含む。また、n+型炭化ケイ素基板100の第2面は、n+型炭化ケイ素基板100の第1面に対して反対側の面である。
本実施形態による半導体素子のオン動作時、チャンネルは、ゲート電極700の下方に形成されたp型領域300に形成される。
以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更実施することが可能である。
50 空乏層
100 n+型炭化ケイ素基板
200 n−型炭化ケイ素層
210 第1トレンチ
220 第2トレンチ
300 p型領域
400 補助n+型領域
450 n+型領域
500 補助電極
610 ゲート絶縁膜
620 絶縁膜
700 ゲート電極
800 ソース電極
900 ドレイン電極

Claims (17)

  1. n+型炭化ケイ素基板の第1面上に形成されたn−型炭化ケイ素層と、
    前記n−型炭化ケイ素層上に形成されたp型領域と、
    前記p型領域の一部に隣接するか又は前記p型領域内に形成された補助n+型領域と、
    前記p型領域内に形成されたn+型領域と、
    前記補助n+型領域上及び前記p型領域上に形成された補助電極と、
    前記補助電極から離隔されて前記n−型炭化ケイ素層上に形成されたゲート電極と、
    前記補助電極及び前記ゲート電極から離隔されたソース電極と、
    前記n+型炭化ケイ素基板の前記第1面に対向する第2面上に形成されたドレイン電極と、を備え、
    前記補助n+型領域と前記n+型領域とは互いに離隔され、
    前記ソース電極は、前記n+型領域に接触することを特徴とする半導体素子。
  2. 前記補助電極は、前記p型領域に接触することを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。
  3. 前記n−型炭化ケイ素層上に形成された第1トレンチと、
    前記第1トレンチ内に形成されたゲート絶縁膜と、をさらに含むことを特徴とする請求項2に記載の半導体素子。
  4. 前記ゲート電極は、前記第1トレンチ内に形成され、
    前記補助n+型領域は、前記第1トレンチの側面に隣接することを特徴とする請求項3に記載の半導体素子。
  5. 前記p型領域は、前記第1トレンチの側面に隣接することを特徴とする請求項4に記載の半導体素子。
  6. 前記ゲート電極及び前記補助電極と前記ソース電極との間に形成された絶縁膜をさらに含むことを特徴とする請求項5に記載の半導体素子。
  7. 前記n−型炭化ケイ素層上に形成されて前記第1トレンチから離隔された第2トレンチをさらに含むことを特徴とする請求項6に記載の半導体素子。
  8. 前記p型領域は、前記第2トレンチの側面に隣接して前記第2トレンチの下部面まで延長されていることを特徴とする請求項7に記載の半導体素子。
  9. 前記n+型領域は、前記第2トレンチの下部面に形成されていることを特徴とする請求項8に記載の半導体素子。
  10. 前記補助電極は、前記補助n+型領域上から前記第2トレンチの側面に沿って前記第2トレンチの下部面まで延長されていることを特徴とする請求項9に記載の半導体素子。
  11. 前記n−型炭化ケイ素層、前記p型領域、及び前記補助n+型領域上に形成されたゲート絶縁膜をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。
  12. 前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁膜上に形成され、
    前記補助電極は、前記ゲート絶縁膜の側面に位置することを特徴とする請求項11に記載の半導体素子。
  13. 前記ゲート電極及び前記補助電極と前記ソース電極との間に形成された絶縁膜をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。
  14. n+型炭化ケイ素基板の第1面上にn−型炭化ケイ素層を形成する段階と、
    前記n−型炭化ケイ素層をエッチングして互いに離隔される第1トレンチ及び第2トレンチを形成する段階と、
    前記第2トレンチの側面に隣接して前記第2トレンチの下部面まで延長されるp型領域を形成する段階と、
    前記p型領域及び前記n−型炭化ケイ素層上に補助n+型領域を形成する段階と、
    前記補助n+型領域から離隔されるn+型領域を前記p型領域内に形成する段階と、
    前記補助n+型領域上に補助電極を形成する段階と、
    前記第1トレンチ内にゲート絶縁膜を形成する段階と、
    前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する段階と、
    前記ゲート電極及び前記補助電極上に絶縁膜を形成する段階と、
    前記絶縁膜及び前記n+型領域上にソース電極を形成する段階と、
    前記n+型炭化ケイ素基板の前記第1面に対向する第2面上にドレイン電極を形成する段階と、を有し、
    前記補助電極は、前記ゲート電極及び前記ソース電極から離隔され、
    前記ソース電極は、前記n+型領域に接触することを特徴とする半導体素子の製造方法。
  15. 前記補助電極は、前記p型領域に接触することを特徴とする請求項14に記載の半導体素子の製造方法。
  16. 前記n+型領域は、前記第2トレンチの下部面に形成されることを特徴とする請求項15に記載の半導体素子の製造方法。
  17. 前記補助電極は、前記補助n+型領域上から前記第2トレンチの側面に沿って前記第2トレンチの下部面まで延長されることを特徴とする請求項16に記載の半導体素子の製造方法。

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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102518586B1 (ko) * 2018-10-05 2023-04-05 현대자동차 주식회사 반도체 소자 및 그 제조 방법

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3385938B2 (ja) * 1997-03-05 2003-03-10 株式会社デンソー 炭化珪素半導体装置及びその製造方法
JP3371763B2 (ja) * 1997-06-24 2003-01-27 株式会社日立製作所 炭化けい素半導体装置
JP2001177091A (ja) * 1999-12-07 2001-06-29 Analog & Power Electronics Corp ラッチ制御可能な絶縁ゲートバイポーラトランジスタ
JP2002050703A (ja) 2000-08-01 2002-02-15 Hitachi Ltd 多値不揮発性半導体記憶装置
JP4024503B2 (ja) * 2001-09-19 2007-12-19 株式会社東芝 半導体装置及びその製造方法
JP4903055B2 (ja) * 2003-12-30 2012-03-21 フェアチャイルド・セミコンダクター・コーポレーション パワー半導体デバイスおよびその製造方法
JP2008546189A (ja) * 2005-05-26 2008-12-18 フェアチャイルド・セミコンダクター・コーポレーション トレンチゲート電界効果トランジスタ及びその製造方法
JP5767430B2 (ja) * 2007-08-10 2015-08-19 ローム株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法
JP4877286B2 (ja) * 2008-07-08 2012-02-15 株式会社デンソー 炭化珪素半導体装置およびその製造方法
WO2011092808A1 (ja) * 2010-01-27 2011-08-04 住友電気工業株式会社 炭化ケイ素半導体装置およびその製造方法
US8415739B2 (en) 2008-11-14 2013-04-09 Semiconductor Components Industries, Llc Semiconductor component and method of manufacture
JP4858791B2 (ja) * 2009-05-22 2012-01-18 住友電気工業株式会社 半導体装置およびその製造方法
US20120261746A1 (en) * 2011-03-14 2012-10-18 Maxpower Semiconductor, Inc. Double-Trench Vertical Devices and Methods with Self-Alignment Between Gate and Body Contact
JP6284565B2 (ja) * 2011-08-02 2018-02-28 ローム株式会社 半導体装置およびその製造方法
JP2015185700A (ja) * 2014-03-25 2015-10-22 サンケン電気株式会社 半導体装置
US9825126B2 (en) * 2014-10-20 2017-11-21 Mitsubishi Electric Corporation Semiconductor device
KR101655153B1 (ko) * 2014-12-12 2016-09-22 현대자동차 주식회사 반도체 소자 및 그 제조 방법

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