JP7330396B2 - Semiconductor device and power conversion device - Google Patents
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Description
本開示は、半導体装置及び半導体装置を適用した電力変換装置に関する。
The present disclosure relates to a semiconductor device and a power conversion device to which the semiconductor device is applied.
電力用スイッチング素子として、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor/金属酸化物半導体電界効果トランジスタ)等の絶縁ゲート型半導体装置が広く使用されている。絶縁ゲート型半導体装置としては、トレンチゲート型半導体装置について開発が進められている。 Insulated gate semiconductor devices such as MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) are widely used as power switching elements. As an insulated gate semiconductor device, a trench gate semiconductor device is being developed.
このようなトレンチゲート型半導体装置として、ゲート電極が形成されたゲートトレンチと、ショットキー電極が形成されたショットキートレンチとを備え、SBD(ショットキーバリアダイオード)を内蔵したMOSFETがある(例えば、特許文献1参照)。 As such a trench gate type semiconductor device, there is a MOSFET which includes a gate trench in which a gate electrode is formed and a Schottky trench in which a Schottky electrode is formed, and which incorporates an SBD (Schottky barrier diode) (for example, See Patent Document 1).
しかしながら、このような従来の半導体装置では、ショットキートレンチの底部近辺が高電界となりやすく、逆方向リーク電流が増大しやすくなるという課題があった。 However, such a conventional semiconductor device has a problem that a high electric field tends to occur near the bottom of the Schottky trench, and the reverse leakage current tends to increase.
本開示は、上記した課題を解決するためになされたものであり、逆方向リーク電流を低減した半導体装置を得ることを目的とするものである。 The present disclosure has been made to solve the above-described problems, and an object thereof is to obtain a semiconductor device with reduced reverse leakage current.
本開示に係る半導体装置は、第1導電型のドリフト層と、ドリフト層上に設けられた第2導電型のボディ領域と、ボディ領域上に設けられた第1導電型のソース領域と、ボディ領域及びソース領域をドリフト層の厚さ方向に貫通するゲートトレンチ内に設けられたゲート絶縁膜と、ゲートトレンチ内に設けられ、ソース領域に対して、ゲート絶縁膜を介して対向するように設けられたゲート電極と、ボディ領域をドリフト層の厚さ方向に貫通するショットキートレンチ内に設けられたショットキー電極と、ゲートトレンチの底面、側面の一部、及び底面と側面との間の角部に接して設けられた第2導電型の第1底部保護領域と、を備え、ショットキートレンチは、ドリフト層の厚さ方向における深さがゲートトレンチよりも浅く形成されていることを特徴とする。 A semiconductor device according to the present disclosure includes a first-conductivity-type drift layer, a second-conductivity-type body region provided on the drift layer, a first-conductivity-type source region provided on the body region, and a body region. a gate insulating film provided in a gate trench penetrating through the drift layer and the source region in the thickness direction of the drift layer; a Schottky electrode provided in a Schottky trench that penetrates the body region in the thickness direction of the drift layer; and a first bottom protection region of a second conductivity type provided in contact with the portion, wherein the Schottky trench is formed shallower than the gate trench in the thickness direction of the drift layer. do.
本開示に係る半導体装置は、SBDを内蔵したMOSFETにおいて、ショットキートレンチがゲートトレンチよりも浅く形成されるため、逆方向リーク電流を低減することができるという効果を有する。 The semiconductor device according to the present disclosure has the effect of reducing the reverse leakage current because the Schottky trench is formed shallower than the gate trench in the MOSFET containing the SBD.
以下、図面に基づいて本開示の実施の形態について説明する。なお、図面は模式的に示されたものであり、異なる図面にそれぞれ示されている画像のサイズ及び位置の相互関係は、必ずしも正確に記載されたものではなく、適宜変更され得る。また、以下の図面において同一又は相当する部分には同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。 Embodiments of the present disclosure will be described below based on the drawings. It should be noted that the drawings are shown schematically, and the mutual relationship between the sizes and positions of the images shown in different drawings is not necessarily described accurately and may be changed as appropriate. In the drawings below, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
また、各図面においては、特定の領域や各領域間の境界を示すために破線を図示している場合があるが、これらは説明の便宜上、又は図面の理解を容易にするために記載しているものであって、各実施の形態の内容を何ら限定するものではない。 Also, in each drawing, dashed lines may be shown to indicate specific regions or boundaries between regions, but these are described for convenience of explanation or to facilitate understanding of the drawings. However, it does not limit the contents of each embodiment.
また、以下の説明では、「上」、「下」、「側」、「底」、「表」及び「裏」などの特定の位置及び方向を意味する用語が用いられる場合があるが、これらの用語は、実施の形態の内容を理解することを容易にするため便宜上用いられているものであり、実際に実施される際の方向とは関係しない。 Also, in the following description, terms such as “upper”, “lower”, “side”, “bottom”, “front” and “back” may be used that mean specific positions and directions. are used for convenience in order to facilitate understanding of the contents of the embodiments, and are not related to the direction of actual implementation.
本開示において、構成要素の相互関係を「~上」や「~下」などの用語を用いて表現する場合、構成要素間に介在物が存在することを妨げるものではない。例えば、「A上に設けられたB」と記載している場合、AとBとの間に他の構成要素Cが設けられたものも、設けられていないものも含む。また、本開示において、「~上」や「~下」などの用語を用いて表現する場合、積層構造を念頭に置いた上下の概念も含む。例えば、「溝を覆うA上に設けられたB」と記載している場合、BはAから見た溝面と逆方向に存在することの意味を含み、その意味の範囲内で横方向や斜め方向も含む。 In the present disclosure, when the interrelationship between constituent elements is expressed using terms such as “upper” and “lower”, it does not preclude the presence of an intervening element between the constituent elements. For example, when "B provided on A" is described, it includes the case where another component C is provided between A and B, and the case where it is not provided. In addition, in the present disclosure, expressions using terms such as “upper” and “lower” include the concept of upper and lower with a laminated structure in mind. For example, when describing "B provided on A covering the groove", B includes the meaning of existing in the opposite direction to the groove surface viewed from A, and within the scope of that meaning, Including oblique directions.
以下の記載では、不純物の導電型に関して、第1導電型をn型、第2導電型をp型とした場合について説明するが、第1導電型をp型、第2導電型をn型としても構わない。また、「不純物濃度」とは各領域における不純物の最高値を示すものとする。また、「n-型」との記載は「n型」と記載しているものよりも不純物濃度が低濃度であることを示し、「n+型」との記載は「n型」と記載しているものよりも不純物濃度が高濃度であることを示す。同様に、「p-型」との記載は「p型」と記載しているものよりも不純物濃度が低濃度であることを示し、「p+型」との記載は「p型」と記載しているものよりも不純物濃度が高濃度であることを示す。In the following description, with respect to the conductivity type of the impurity, a case where the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type will be described. I don't mind. Also, "impurity concentration" indicates the maximum value of impurities in each region. In addition, the description “n − type” indicates that the impurity concentration is lower than that described as “n type”, and the description “n + type” indicates “n type”. This indicates that the impurity concentration is higher than that of the Similarly, the description “p − type” indicates that the impurity concentration is lower than that described as “p type”, and the description “p + type” is described as “p type”. This indicates that the impurity concentration is higher than that of the
以下の記載において、MOSFETのドレインからソースに向けて流れる電流を順方向電流、その方向を順方向、またソースからドレインに向けて流れる電流を還流電流、その方向を逆方向などと呼ぶことにする。なお、「MOS」という用語は、古くは金属/酸化物/半導体の接合構造に用いられており、Metal-Oxide-Semiconductorの頭文字を採ったものとされている。しかしながら特にMOS構造を有する電界効果トランジスタ(以下、単に「MOSトランジスタ」と称する)においては、近年の集積化や製造プロセスの改善などの観点からゲート絶縁膜やゲート電極の材料が改善されている。 In the following description, the current flowing from the drain to the source of the MOSFET is called the forward current, the current flowing from the source to the drain is called the forward current, and the current flowing from the source to the drain is called the reverse current. . The term "MOS" has long been used for a junction structure of metal/oxide/semiconductor, and is an acronym for Metal-Oxide-Semiconductor. However, especially in field effect transistors having a MOS structure (hereinafter simply referred to as "MOS transistors"), materials for gate insulating films and gate electrodes have been improved from the viewpoint of recent integration and improvements in manufacturing processes.
例えばMOSトランジスタにおいては、主としてソース・ドレインを自己整合的に形成する観点から、ゲート電極の材料として金属の代わりに多結晶シリコンが採用されてきている。また電気的特性を改善する観点から、ゲート絶縁膜の材料として高誘電率の材料が採用されるが、この材料は必ずしも酸化物には限定されない。 For example, in MOS transistors, polycrystalline silicon has been adopted as the material of the gate electrode instead of metal, mainly from the viewpoint of forming the source/drain in a self-aligned manner. Also, from the viewpoint of improving electrical characteristics, a material with a high dielectric constant is employed as the material of the gate insulating film, but this material is not necessarily limited to oxide.
従って「MOS」という用語は必ずしも金属/酸化物/半導体の積層構造のみに限定されて採用されているわけではなく、本明細書でもそのような限定を前提としない。すなわち、技術常識に鑑みて、ここでは「MOS」とはその語源に起因した略語としてのみならず、広く導電体/絶縁体/半導体の積層構造をも含む意義を有する。 Therefore, the term "MOS" is not necessarily employed to be limited to metal/oxide/semiconductor stacked structures only, and this specification does not presuppose such a limitation. In other words, in view of common technical knowledge, the term "MOS" here is not only an abbreviation derived from its etymology, but also broadly includes the layered structure of conductor/insulator/semiconductor.
実施の形態1.
実施の形態1の半導体装置について、図1から図12を用いて説明する。
The semiconductor device of
まず、実施の形態1の半導体装置の構成について、図1から図3を用いて説明する。図1は、本実施の形態の半導体装置101全体の上面構成を模式的に示す平面模式図である。図2は、図1に示す領域Xを拡大して示した図であり、半導体装置101におけるMOSFETセルのレイアウトを模式的に示す平面模式図である。図3は、図2のA-A’線での矢視断面図であり、本実施の形態の半導体装置101における活性領域40の一部の断面を示す断面模式図である。なお、図2は、図3に示したショットキートレンチ11の底面とボディ領域3との間におけるある深さでの横方向の断面を上から見た図に相当する。
First, the configuration of the semiconductor device of
図1に示すように、半導体装置101は四角形状の外形を有し、その中央部には、「ユニットセル」と呼称されるMOSFETの最小単位構造(MOSFETセル)が複数配置された活性領域40が設けられ、活性領域40の外側は終端領域41で囲まれている。活性領域40には複数のゲートトレンチ6及び複数のショットキートレンチ11が互いに間隔を開けて並列に設けられている。なお、複数のゲートトレンチ6は、活性領域40内に設けられたゲート配線に接続され、ゲート配線はゲートパッドに接続されるが、これらの図示及び説明は省略する。
As shown in FIG. 1, a
図2に示すように、ゲートトレンチ6及びショットキートレンチ11は、平面視においてストライプ状に形成されている。また、平面視において、ゲートトレンチ6の延伸方向とショットキートレンチ11の延伸方向とは、同一の方向となるように形成されている。SBD領域20では、ドリフト層2に露出するショットキートレンチ11の側面に、ショットキー界面22が形成されている。
As shown in FIG. 2, the
図1及び図2においては、2つのMOS領域19が1つのSBD領域20を挟んだ構造を示しているが、各領域の配置はこれに限られない。例えば、2つのMOS領域19が2つのSBD領域20を挟む構造でもよいし、MOS領域19のゲートトレンチ6が2本、SBD領域20のショットキートレンチ11が2本、MOS領域19のゲートトレンチ6が1本、SBD領域20のショットキートレンチ11が1本、のような配置が繰り返される構造であってもよく、またこれらの例示に何ら限定されるものではない。
1 and 2 show a structure in which two
半導体装置101は、図3に示すようなMOSFETセルの構造が、活性領域40において繰り返し周期的に複数設けられている。なお、以下においては、図1に示す領域Xに示される特徴的な構成を各実施の形態及びその変形例として説明し、図1は、各実施の形態及びその変形例において共通とする。
In the
図3に示すように、半導体装置101は、基板1、ドリフト層2、ボディ領域3、ソース領域4、ボディコンタクト領域5、ゲートトレンチ6、ゲート絶縁膜7、ゲート電極8、層間絶縁膜9、ショットキートレンチ11、ショットキー電極12、ソース電極13、ドレイン電極14、第1底部保護領域15、及びコンタクト領域17を備えている。
As shown in FIG. 3, a
MOS領域19は、ゲートトレンチ6、ゲート絶縁膜7、ゲート電極8、及び層間絶縁膜9を有する。SBD領域20は、ショットキートレンチ11、及びショットキー電極12を有する。また、半導体層21は、ドリフト層2とその上部又は内部に形成された不純物領域である、ボディ領域3、ソース領域4、ボディコンタクト領域5、及び第1底部保護領域15を含む。
基板1は、n+型のSiC(炭化珪素)半導体基板であり、例えば4Hのポリタイプを有する。基板1は、<11-20>軸方向に傾斜するオフ角θを有する(0001)面としてもよい。この場合オフ角θとしては、例えば、10°以下であれば良い。The
基板1上には、n型の不純物濃度が基板1よりも低い、n-型のドリフト層2が設けられている。ドリフト層2は、半導体材料としてSiC(炭化珪素)が用いられる。ドリフト層2は、半導体層21の大部分を占めており、半導体層21の主要部を構成する。基板1の主面が<11-20>軸方向に傾斜するオフ角θを有する(0001)面である場合、ドリフト層2の主面も同様のオフ角θを有する(0001)面となる。すなわち、ドリフト層2は、<11-20>軸方向に0°より大きいオフ角が設けられた主面を有することになる。An n − -
ドリフト層2の上部には、p型のボディ領域3が設けられている。ドリフト層2(ボディ領域3)の上部には、n+型のソース領域4が選択的に設けられている。ソース領域4は、n型の不純物濃度がドリフト層2よりも高い半導体領域である。また、ドリフト層2(ボディ領域3)の上部には、ソース領域4に隣接して、p+型のボディコンタクト領域5が選択的に設けられている。ボディコンタクト領域5は、p型の不純物濃度がボディ領域3よりも高い半導体領域である。A p-
MOS領域19には、ボディ領域3をドリフト層2の厚さ方向に貫通するゲートトレンチ6が設けられている。ゲートトレンチ6は、半導体層21の表面からソース領域4、ボディ領域3を貫通してドリフト層2に達するように形成されている。ゲートトレンチ6の底部は、典型的には面をなしているが、先端が細く尖った先細り形状であってもよい。また、ゲートトレンチ6の側面は、典型的には実質的に平行であるが、互いに傾斜しているテーパ形状であってもよい。
The
ゲートトレンチ6の底部及び側面には、ゲート絶縁膜7が設けられている。また、ゲートトレンチ6内には、ゲート絶縁膜7を介してゲートトレンチ6内を充填するようにゲート電極8が設けられている。ゲート電極8は、ドリフト層2、ボディ領域3、及びソース領域4に対して、ゲート絶縁膜7を介して対向するように設けられる。ゲートトレンチ6上には、ゲート電極8を覆うように層間絶縁膜9が設けられている。
A
SBD領域20には、ボディ領域3をドリフト層2の厚さ方向に貫通するショットキートレンチ11が設けられている。ショットキートレンチ11は、半導体層21の表面からソース領域4、ボディ領域3を貫通してドリフト層2に達するように形成されている。ショットキートレンチ11は、ドリフト層2の厚さ方向における深さがゲートトレンチ6よりも浅く形成されている。より詳細には、ショットキートレンチ11の底面は、第1底部保護領域15の上面よりも上側に形成されている。ショットキートレンチ11は、ドリフト層2の厚さ方向に直交する方向におけるトレンチ幅が、ゲートトレンチ6と同じ幅になるように形成されている。ショットキートレンチ11の底部は、典型的には面をなしているが、先端が細く尖った先細り形状であってもよい。また、ショットキートレンチ11の側面は、典型的には実質的に平行であるが、互いに傾斜しているテーパ形状であってもよい。
A
なお、ショットキートレンチ11は、ドリフト層2の厚さ方向に直交する方向におけるトレンチ幅が、ゲートトレンチ6と同じ幅になるように形成されるものに限られない。ゲートトレンチ6とショットキートレンチ11とは、ドリフト層2の厚さ方向に直交する方向におけるトレンチ幅が異なっていてもよい。これらのトレンチは、どちらのトレンチ幅が太くても細くてもよく、各半導体装置の仕様により異なる。
ショットキートレンチ11内には、ショットキー電極12が設けられている。ショットキー電極12は、Ti(チタン)やMo(モリブデン)等の金属から形成される。ショットキー電極12は、ショットキートレンチ11の底部又は側面において、ドリフト層2、ボディ領域3、及びソース領域4に接しており、これらに電気的に接続されている。
A
ショットキー電極12は、ショットキートレンチ11の側面において、ドリフト層2とのショットキー接合を形成する。すなわち、ショットキー電極12は、図2及び図3に示すように、ショットキートレンチ11の側面及び底面にドリフト層2とのショットキー界面22(図3では図示せず)を形成する。これにより、ショットキートレンチ11の側面及び底面には、ショットキー電極12とドリフト層2との寄生ショットキーバリアダイオード(以下、単にSBDと称する)が形成される。
また、ソース領域4及びボディコンタクト領域5の上には、コンタクト領域17が形成されている。コンタクト領域17は、Ni(ニッケル)やTi(チタン)等の金属と半導体層21とのシリサイドであり、ソース領域4及びボディコンタクト領域5と接して、これらとオーミックコンタクトを形成する。
A
層間絶縁膜9、コンタクト領域17、及びショットキー電極12の上には、これらを覆うようにソース電極13が設けられている。ソース電極13は、主成分がAl(アルミニウム)である金属からなる電極である。MOS領域19において、ソース電極13は、コンタクト領域17とともにおもて面側の主電極として機能する。ソース電極13は、コンタクト領域17を介してソース領域4及びボディコンタクト領域5に電気的に接続されている。また、SBD領域20において、ソース電極13は、ショットキー電極12に接続されており、ショットキー電極12とともにSBDのアノード電極を構成する。
A
基板1において、ソース電極13が設けられた面とは反対側の面には、Ni(ニッケル)等の金属を含むドレイン電極14が設けられている。ソース電極13は、基板1(半導体層21)のおもて面(第1主面)側に設けられており、ドレイン電極14は、基板1(半導体層21)のおもて面に対向する裏面(第2主面)側に設けられる。
A
ゲートトレンチ6(ゲート絶縁膜7)の下方には、ゲートトレンチ6の延伸方向に沿って、ゲートトレンチ6の底部を覆うように、p+型の第1底部保護領域15が設けられている。第1底部保護領域15は、ゲートトレンチ6の底面、側面の一部、及び底面と側面との間の角部に接しており、ゲートトレンチ6の底部全体を角部も含めて覆うように設けられている。これにより、ゲートトレンチ6は、第1底部保護領域15へと埋め込まれるようにして設けられる。なお、「底面」及び「側面」は、必ずしも平面状に形成されなくてもよい。また、「角部」は、丸みを帯びた形状であってもよい。A p + -type first
次に、実施の形態1の半導体装置101における各半導体領域の不純物濃度について説明する。ドリフト層2のn型の不純物濃度は1.0×1014~1.0×1017cm-3であり、半導体装置の耐圧等に基づいて設定する。ボディ領域3のp型の不純物濃度は、1.0×1014~1.0×1018cm-3とする。ソース領域4のn型の不純物濃度は1.0×1018~1.0×1021cm-3とする。ボディコンタクト領域5のp型の不純物濃度は、1.0×1018~1.0×1021cm-3とし、ソース電極13とのコンタクト抵抗を低減するため、ボディ領域3よりもp型の不純物濃度が高濃度となるように設定する。第1底部保護領域15のp型の不純物濃度は、1.0×1014以上、1.0×1020cm-3以下とすることが好ましく、濃度プロファイルは均一でなくてもよい。Next, the impurity concentration of each semiconductor region in
次に、実施の形態1に係る半導体装置101の動作について簡単に説明する。MOS領域19では、ゲート電極8に閾値電圧以上の電圧が印加されている場合、ボディ領域3において導電型が反転し、すなわち、n型のチャネルがゲートトレンチ6の側面に沿って形成される。そうすると、ソース電極13からドレイン電極14までの間に同一導電型(実施の形態1においてはn型)の電流経路が形成されるため、電流が流れることとなる。このようにゲート電極8に閾値電圧以上の電圧が印加された状態が、半導体装置101のオン状態となる。
Next, operation of the
一方、ゲート電極8に閾値電圧未満の電圧が印加されている場合、ボディ領域3にはチャネルが形成されないため、オン状態の場合のような電流経路が形成されない。そのため、ドレイン電極14とソース電極13との間に電圧を印加したとしても、ドレイン電極14からソース電極13へと電流がほとんど流れない。このようにゲート電極8の電圧が閾値電圧未満の状態が、半導体装置101のオフ状態となる。
On the other hand, when a voltage lower than the threshold voltage is applied to the
そして、半導体装置101は、ゲート電極8に印加する電圧を制御することで、オン状態とオフ状態とが切り換わり動作する。このように、半導体装置101は、MOS領域19において、ゲート電極8、ゲート絶縁膜7、ドリフト層2、ボディ領域3、ソース領域4、ソース電極13、及びドレイン電極14などから構成されるMOSFET構造を有する。
By controlling the voltage applied to the
一方、半導体装置101のオフ状態において、SBD領域20におけるSBDに順方向電圧が印加された場合、ショットキー電極12とドレイン電極14間にユニポーラ電流が流れる。さらにバイアスをかけるとボディ領域3や第1底部保護領域15等に形成された寄生pnダイオードにバイポーラ電流が流れ始める。この寄生pnダイオードがバイポーラ動作を始めるまでに得られる電流値が素子の最大ユニポーラ電流となる。
On the other hand, when a forward voltage is applied to the SBD in the
なお、図1及び図2において、ゲートトレンチ6及びショットキートレンチ11は、その延伸方向が<11-20>軸方向と平行となるように形成されることが望ましい。これは、ゲートトレンチ6及びショットキートレンチ11の側面が電流経路となるため、半導体層21が<11-20>軸方向に傾斜するオフ角θを有する場合において、各トレンチの向かい合う両側面がオフ角の影響により異なる結晶面となってしまい、両側面において特性に差が出ることを回避するためである。
In FIGS. 1 and 2, the
第1底部保護領域15は、半導体装置101のオフ時において、第1底部保護領域15から伸張する空乏層によりドリフト層2のn型領域の空乏化を促進するとともに、ゲートトレンチ6の底部への電界集中を緩和することによってゲート絶縁膜7に印加される電界を低減し、ゲート絶縁膜7の破壊を防止する。
When the
なお、第1底部保護領域15をMOS領域19のボディ領域3と電気的に接続させて、第1底部保護領域15の電位を固定することにより、ゲートトレンチ6底部の電界集中の更なる緩和を図ることができる。例えば、ゲートトレンチ6の側面に、第1底部保護領域15及びボディ領域3に接する図示しないp型の接続領域を形成してもよい。第1底部保護領域15は、接続領域、ボディ領域3、及びソース領域4を介してソース電極13と電気的に接続されることにより、その電位が接地される。この電気的接続は、例えば、隣接するセルなどを通じて設けられている。接続領域は、例えばp型の不純物濃度が1.0×1014以上、1.0×1020cm-3以下としてもよい。By electrically connecting the first
また、ゲートトレンチ6がライン状に形成されている場合、そのゲートトレンチ6の長手方向の端部の側面に低濃度のp型の接続領域(p--領域)を延在させることで、このp--領域を通してゲートトレンチ6底部の第1底部保護領域15と上方にあるボディ領域3とを電気的に接続させることができる。Further, when the
ゲートトレンチ6は、格子状に形成されていてもよく、この場合にはゲート電極8の交差部分に、当該ゲート電極8を貫通してゲートトレンチ6底部の第1底部保護領域15とゲート電極8の上層のソース電極13とを接続するコンタクトを設けることで、第1底部保護領域15を、当該コンタクトとソース電極13を通してボディ領域3に電気的に接続できる。
The
第1底部保護領域15をソース電位に接続することにより、半導体装置101のオフ時に第1底部保護領域15からドリフト層2に向かって空乏層の伸びが促進され、ゲートトレンチ6底面の電界強度を低減できる。また、半導体装置101のオン、オフ動作時には、第1底部保護領域15とドリフト層2により形成されるpn接合の充放電用の電流経路が確保され、ソース電極13へ電荷が引き抜かれるため、空乏層の応答が速くなり、スイッチング損失を低減できる。
By connecting the first
次に、実施の形態1に係る半導体装置の製造方法について、図4から図12を用いて説明する。図4から図12は、本実施の形態の半導体装置101の製造方法の各工程を示す図である。
Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 4 to 12. FIG. 4 to 12 are diagrams showing each step of the method for manufacturing the
図4に示すように、まず、炭化珪素からなるn-型の半導体層21が形成された基板1を用意する。より具体的には、n+型の炭化珪素基板である基板1上にn-型の半導体層21をエピタキシャル成長法によって形成すればよい。また、半導体層21のn型不純物濃度は、上述したドリフト層2のn型不純物濃度に対応するよう形成する。As shown in FIG. 4, first, a
そして、図5に示すように、半導体層21(ドリフト層2)内の上層部に、p型のボディ領域3をイオン注入により形成し、ボディ領域3(半導体層21又はドリフト層2)の上層部に、n+型のソース領域4とp+型のボディコンタクト領域5とをイオン注入により選択的に形成する。イオン注入は、n型領域を形成する場合にはドナーとして例えばN(窒素)やP(リン)等のイオンを注入し、p型領域を形成する場合にはアクセプタとして例えばAl(アルミニウム)やB(ボロン)等のイオンを注入する。各領域における不純物濃度は、上述した値となるように形成する。Then, as shown in FIG. 5, a p-
なお、ボディ領域3、ソース領域4、及びボディコンタクト領域5を形成する順序は前後してもよく、全て又は一部の領域についてイオン注入に代えてエピタキシャル成長によって形成することとしてもよい。ボディ領域3、ソース領域4、及びボディコンタクト領域5をエピタキシャル成長によって形成する場合は、各領域はドリフト層2上に積層される。
The order of forming the
以上を踏まえ、「ドリフト層2の上部にボディ領域3を形成する」とは、上述したイオン注入又はエピタキシャル成長のいずれの製造方法によって形成されるものも含む意味であり、「ボディ領域3がドリフト層2上に設けられる」とは、上述したイオン注入又はエピタキシャル成長のいずれの製造方法によって形成されるかを問わず、最終的に完成する半導体装置101において、ボディ領域3の占める領域が、ドリフト層2の占める領域上に位置することを意味するものとする。また、同様に、「ボディ領域3の上部にソース領域4を形成する」とは、上述したイオン注入又はエピタキシャル成長のいずれの製造方法によって形成されるものも含む意味であり、「ソース領域4がボディ領域3上に設けられる」とは、半導体装置101において、ソース領域4の占める領域が、ボディ領域3の占める領域上に位置することを意味するものとする。その他の領域についても同様である。
Based on the above, "forming the
次に、図6に示すように、第1のマスク51を用いて、反応性イオンエッチング(RIE)によって半導体層21の表面からソース領域4及びボディ領域3を貫通してドリフト層2へと達するゲートトレンチ6、及びショットキートレンチ11を形成する。このとき、ゲートトレンチ6の幅とショットキートレンチ11の幅はそれぞれ異なっていてもよい。また、複数のマスクを利用して、MOS領域19におけるゲートトレンチ6とSBD領域20におけるショットキートレンチ11とを個別のエッチング工程を用いて形成してもよい。
Next, as shown in FIG. 6, using a
そして、図7に示すように、第1のマスク51及び第2のマスク52を用いて、ゲートトレンチ6のみ追加エッチングを行う。これにより、ショットキートレンチ11よりもゲートトレンチ6を深く形成した後、半導体層21の表面に対して垂直方向から少し傾斜した斜め方向(例えば、10~50°の傾斜角)へのイオン注入を行う。なお、第2のマスク52は、ショットキートレンチ11を覆い、ゲートトレンチ6のみ開口するように設けられたマスクである。このようにして、ゲートトレンチ6の底部にp型のイオン注入を行うことで、ゲートトレンチ6よりも幅が大きい第1底部保護領域15を形成する。このようにすることで、ショットキートレンチ11の底面が第1底部保護領域15の上面よりも上側に位置するように形成することができる。
Then, as shown in FIG. 7, using a
あるいは、図8に示すように、第1底部保護領域15は、基板1上にn-型の第1ドリフト層25をエピタキシャル成長により形成した後、あらかじめ第1ドリフト層25の上層部にイオン注入により選択的に形成、又はエピタキシャル成長によって埋め込み形成することとしてもよい。この場合、第1底部保護領域15の形成後、第1ドリフト層25及び第1底部保護領域15の上に、n-型の第2ドリフト層26をエピタキシャル成長により形成した後に、各半導体領域やトレンチを形成することとなる。例えば、ボディ領域3は、第2ドリフト層26の上層部に形成される。なお、第1ドリフト層25と第2ドリフト層26とを合わせたものが上記のドリフト層2に相当する。Alternatively, as shown in FIG. 8, the first
このようにして形成される第1底部保護領域15は、図7に示すように、ゲートトレンチ6の側面よりもドリフト層2側(ドリフト層2の厚さ方向に直交する方向)に張り出している。
As shown in FIG. 7, the first
次に、図9に示すように、第1のマスク51及び第2のマスク52を用いて、ゲートトレンチ6をさらに追加エッチングする。このようにすることで、ゲートトレンチ6の底面を第1底部保護領域15に埋め込むことができる。つまり、ゲートトレンチ6の角部が第1底部保護領域15に覆われる。
Next, as shown in FIG. 9, using a
次に、図10に示すように、レジストマスク等を用いた選択的なエッチング等により第1のマスク51及び第2のマスク52を除去して、半導体層21上に全面的にゲート絶縁膜7を形成することで、ゲートトレンチ6内の底部及び側面、並びにショットキートレンチ11内の底部及び側面にゲート絶縁膜7を形成する。その後、ゲート絶縁膜7の上に、例えば導電性を有する多結晶シリコン膜を減圧CVD法により形成し、これをエッチバックすることにより、ゲートトレンチ6及びショットキートレンチ11の内部のみに多結晶シリコン膜を残し、図10に示す断面図の構造を得る。なお、ゲートトレンチ6内の多結晶シリコン膜は、ゲート電極8になるため、図10ではゲート電極8として図示している。
Next, as shown in FIG. 10, the
その後、図11に示すように、アルカリ現像液等のアルカリ性のエッチング液を用いたウェットエッチング法により、ショットキートレンチ11内の多結晶シリコン膜を除去する。また、ゲート電極8を覆うように、層間絶縁膜9を形成する。そして、ゲートトレンチ6を覆う層間絶縁膜9上に第3のマスク53を形成する。当該第3のマスク53を用いて、層間絶縁膜9とともにゲート絶縁膜7もパターニングして、半導体層21の表面を露出させる。これにより、コンタクトホールを開口することができる。
After that, as shown in FIG. 11, the polycrystalline silicon film in the
次に、図12に示すように、コンタクトホールの開口により露出した半導体層21の表面(ソース領域4及びボディコンタクト領域5の表面)に、Ni(ニッケル)等の金属を用いてコンタクト領域17を形成する。コンタクト領域17は、金属と半導体層21とのシリサイドである。
Next, as shown in FIG. 12, a
その後、ショットキートレンチ11内の底部及び側面に形成された絶縁膜を除去し、半導体層21の表面を露出させる。そして、露出した半導体層21上にTi(チタン)やMo(モリブデン)等の金属を堆積することで、SBD領域20において、ショットキートレンチ11内にショットキー電極12を形成する。SBD領域20及びMOS領域19において、ショットキー電極12、コンタクト領域17、及び層間絶縁膜9の上に、これらを覆うようにAl(アルミニウム)等の金属を堆積することで、ソース電極13を形成する。そして、基板1の裏面を覆うようにドレイン電極14を形成する。以上の工程により、図1から図3に示す半導体装置101を作製できる。
After that, the insulating film formed on the bottom and side surfaces of the
なお、ゲート絶縁膜7と層間絶縁膜9とは、典型的にはともに酸化膜として形成される。そのため、図10等において、ゲート絶縁膜7のうちゲートトレンチ6の外へ張り出している(半導体層21の表面に乗り出している)部分については、層間絶縁膜9と同一層のようにして記載している。
Both
このように構成された実施の形態1に係る半導体装置101の特徴及び効果について説明する。
Features and effects of the
半導体装置101は、ユニポーラ型の半導体装置であるMOSFETに、ユニポーラ型の還流ダイオードとしてSBDを逆並列に内蔵させた電力用のスイッチング素子である。そのため、個別のダイオードを外付けして使用する場合に比べてコストを低減できる。
The
また、半導体装置101は、炭化珪素(SiC)を基板1や半導体層21の母材として用いたMOSFETであるため、SBDを内蔵することにより、寄生pnダイオードによるバイポーラ動作を抑制できる。これは、炭化珪素を用いた半導体装置においては、寄生pnダイオード動作によるキャリアの再結合エネルギーに起因する結晶欠陥の拡張により、素子の信頼性が損なわれることがあるからである。
Moreover, since the
また、半導体装置101は、素子に形成されたゲートトレンチ6内にゲート電極8を有する、いわゆるトレンチゲート型のMOSFETである。そのため、素子表面にゲート電極8を有するプレーナ型MOSFETに比べ、ゲートトレンチ6の側壁部分にチャネルを形成できる分、チャネル幅密度を向上でき、オン抵抗を低減できる。
The
さらに、半導体装置101は、トレンチゲート型のMOSFETであり、かつ、SBD領域20におけるショットキートレンチ11内にショットキー電極12を埋め込み、ショットキートレンチ11の側面にショットキー界面22を形成した構造である。そのため、ゲート電極8とショットキー電極12の両者がそれぞれゲートトレンチ6とショットキートレンチ11の内部に形成されるので、トレンチ間距離、すなわち各セルのセルピッチを小さく保ち、高い電流密度を得ることができる。
Furthermore, the
半導体装置101は、以上のような特徴を有するSBDを内蔵したトレンチゲート型のMOSFETである。トレンチ型のデバイス構造では、半導体装置のオフ状態において高い電圧が印加された際に、トレンチ底部において電界集中が発生することが問題となる。特に、トレンチ型の炭化珪素半導体装置では、SiCが高い絶縁破壊強度を有するため、MOS領域については、ドリフト層内でのアバランシェ破壊よりも先に、トレンチ底部の電界集中に起因するゲート絶縁膜破壊が生じやすい問題があり、SBD領域についてはトレンチ側面及び底面のショットキー界面が高電界となることによる逆方向リーク電流が増大しやすい問題がある。
The
これに対し、実施の形態1に係る半導体装置101は、MOS領域19において、ゲートトレンチ6の下方に第1底部保護領域15を形成している。第1底部保護領域15の周辺には、空乏層が形成されるため、当該部分の電界強度が低下する。そのため、MOS領域19において、ゲートトレンチ6底部の電界集中に起因するゲート絶縁膜7の絶縁破壊の発生を抑制できる効果を奏する。特に、半導体装置101は、MOS領域19において、ゲートトレンチ6の底部が第1底部保護領域15に埋め込まれており、ゲートトレンチ6の底面と側面との間の角部が第1底部保護領域15に覆われる構成となっている。したがって、半導体装置101は、ゲートトレンチ6の角部が高電界となることを抑制することができ、ゲート絶縁膜7の絶縁破壊を抑制することができる効果を奏する。
In contrast,
一方、上述したように、SBD領域20においては、ショットキートレンチ11が深いほど底部近辺が高電界となりやすく、底部近辺にショットキー界面が形成されることで、逆方向リーク電流が増大しやすくなる。よって、ゲートトレンチ6及びショットキートレンチ11を浅く設けることが考えられるが、ゲートトレンチ6の下部には第1底部保護領域15が形成されており、ゲートトレンチ6及びショットキートレンチ11をともに浅く形成すると、ボディ領域3と第1底部保護領域15との間のJFET抵抗が増大してしまう。
On the other hand, as described above, in the
そこで、本実施の形態の半導体装置101は、SBD領域20に形成されたショットキートレンチ11の下部に底部保護領域を形成していないため、ショットキートレンチ11の底面もショットキー界面となる。そのため、必要なショットキー電流密度を得るためのショットキー界面面積が確保される位置を限度にショットキートレンチ11を浅く形成することができる。すなわち、ショットキートレンチ11を、ドリフト層2の厚さ方向における深さがゲートトレンチ6よりも浅くなるよう形成することで、ショットキートレンチ11の底部近辺が高電界となることを抑制でき、ショットキートレンチ11の底面が第1底部保護領域15の上面よりも上側に形成されることで、底部近辺の電界をさらに低減できる。したがって、半導体装置101は、SBD領域20における逆方向リーク電流の増大を抑制するとともに、MOS領域19におけるJFET抵抗の増大を抑制することができる効果を奏する。
Therefore, since
以上のように、半導体装置101では、MOS領域19においては、ゲートトレンチ6の底部が第1底部保護領域15に埋め込まれることで高電界となることをさらに抑制できるため、ゲートトレンチ6をより深く形成できる。一方、SBD領域20においては、ショットキートレンチ11を浅く形成することで、底部が高電界となることを抑制することができる。このような構成により、半導体装置101では、MOS領域19におけるゲート絶縁膜7の絶縁破壊の抑制、及び、SBD領域20における逆方向リーク電流の増大の抑制をすることができ、信頼性を向上することができる効果を奏する。
As described above, in the
また、実施の形態1の半導体装置101は、ドリフト層2が、<11-20>軸方向に0°より大きいオフ角が設けられた主面を有し、ゲートトレンチ6及びショットキートレンチ11が、<11-20>軸方向に平行に設けられているため、トレンチ側面による特性のばらつきを低減し、半導体装置101の動作を安定させることができる効果を奏する。
Further, in the
なお、上記の実施の形態1において、ゲートトレンチ6及びショットキートレンチ11は、平面視においてストライプ状に形成されるものとしたが、これに限られるものではない。例えば、ゲートトレンチ6やショットキートレンチ11のどちらかが格子形状であってもよい。
Although the
また、本実施の形態では、第1底部保護領域15の上面よりもショットキートレンチ11の底面のほうが上側に形成される場合について説明しているが、これに限られるものではなく、第1底部保護領域15の上面とショットキートレンチ11の底面とが同一の位置に設けられてもよい。このような構成にする場合、上述した製造方法において、図7に示した工程でゲートトレンチ6を追加エッチングする必要がないため、製造方法がより簡易になる効果を奏する。
Further, in this embodiment, the case where the bottom surface of the
実施の形態2.
実施の形態2の半導体装置及び半導体装置の製造方法について、図13から図19を用いて説明する。図13は、図2のA-A’線での矢視断面図に対応し、本実施の形態の半導体装置201における活性領域40の一部の断面を示す断面模式図である。また、図14から図19は、本実施の形態の半導体装置201の製造方法の各工程を示す図である。
A semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 13 to 19. FIG. FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing a cross-section of part of the
本実施の形態の半導体装置201は、図13に示すように、ショットキートレンチ11の底面に第2底部保護領域16が形成されている点で、実施の形態1の半導体装置101と異なる。本実施の形態の半導体装置201のその他の構成は、実施の形態1の半導体装置101と同様であるため、以下では半導体装置101と異なる点を中心に説明する。
Semiconductor device 201 of the present embodiment differs from
半導体装置201において、ショットキートレンチ11(ショットキー電極12)の下方には、ショットキートレンチ11の延伸方向に沿ってp+型の第2底部保護領域16が設けられている。第2底部保護領域16は、ショットキートレンチ11の底部に接しており、ショットキートレンチ11の底部全体を覆うように設けられている。第2底部保護領域16は、ショットキートレンチ11の幅方向にはみ出すように底部全体を覆うことによって、第2底部保護領域16の幅がショットキートレンチ11の幅よりも大きくなるように構成されている。In the semiconductor device 201 , a p + -type second
なお、第2底部保護領域16は、ショットキートレンチ11の底部に接して設けられるものに限られず、ドリフト層2内においてショットキートレンチ11の底部よりも下方に離れて設けられていてもよい。
Second
また、第2底部保護領域16は、ショットキートレンチ11の底部全体を覆うものに限られず、ショットキートレンチ11の底部の少なくとも一部を覆うように設けられていればよい。例えば、第2底部保護領域16は、ショットキートレンチ11の延伸方向(ストライプ形状のときは平面視における長手方向、格子形状のときはショットキートレンチ11ごとに方向が定義される)に沿って間隔をあけて周期的に配置されていてもよいし、延伸方向と直交する断面においてショットキートレンチ11の底部の半分程度を覆うように設けられていてもよい。
Second
次に、半導体装置201の製造方法について、図14から図19を用いて、実施の形態1の半導体装置101の製造方法と異なる点を中心に説明する。
Next, a method for manufacturing the semiconductor device 201 will be described with reference to FIGS. 14 to 19, focusing on points different from the method for manufacturing the
まず、実施の形態1で説明した半導体装置101の製造方法と同様にして、図6に示すようにゲートトレンチ6及びショットキートレンチ11を形成する。その後、図14に示すように、第1のマスク51を用いて、半導体層21の表面に対して垂直方向から少し傾斜した斜め方向にイオン注入を行う。このようにして、ゲートトレンチ6の底部にp型のイオン注入を行うことでp+型の第1底部保護領域15を形成し、ショットキートレンチ11の底部にp型のイオン注入を行うことでp+型の第2底部保護領域16を形成する。First,
あるいは、図15に示すように、第1底部保護領域15及び第2底部保護領域16は、基板1上にn-型の第1ドリフト層25をエピタキシャル成長により形成した後、あらかじめ第1ドリフト層25の上層部にイオン注入により選択的に形成、又はエピタキシャル成長によって埋め込み形成することとしてもよい。この場合、第1底部保護領域15及び第2底部保護領域16の形成後、第1ドリフト層25、及び第1底部保護領域15、及び第2底部保護領域16の上に、n-型の第2ドリフト層26をエピタキシャル成長により形成した後に、各半導体領域やトレンチを形成することとなる。例えば、ボディ領域3は、第2ドリフト層26の上層部に形成される。なお、第1ドリフト層25と第2ドリフト層26とを合わせたものが上記のドリフト層2に相当する。Alternatively, as shown in FIG. 15, the first
このようにして形成される第1底部保護領域15及び第2底部保護領域16は、図14に示すように、ゲートトレンチ6及びショットキートレンチ11の側面よりもドリフト層2側(ドリフト層2の厚さ方向に直交する方向)に張り出している。
As shown in FIG. 14, the first
次に、図16に示すように、第1のマスク51及び第2のマスク52を用いて、ゲートトレンチ6を追加エッチングする。このようにすることで、ゲートトレンチ6の底面を第1底部保護領域15に埋め込むことができる。つまり、ゲートトレンチ6の角部が第1底部保護領域15に覆われる。
Next, as shown in FIG. 16, using a
次に、図17に示すように、半導体層21上に全面的にゲート絶縁膜7を形成することで、ゲートトレンチ6内の底部及び側面、並びにショットキートレンチ11内の底部及び側面にゲート絶縁膜7を形成する。その後、実施の形態1で説明した半導体装置101の製造方法と同様にして、ゲート絶縁膜7を介してゲートトレンチ6を埋め込むように、例えばポリシリコン(Poly-Si)を充填して、ゲート電極8を形成する。
Next, as shown in FIG. 17, a
その後、図18に示すように、実施の形態1で説明した半導体装置101の製造方法と同様に、ショットキートレンチ11内の多結晶シリコン膜を除去する。また、ゲート電極8を覆うように、層間絶縁膜9を形成する。そして、ゲートトレンチ6を覆う層間絶縁膜9上に第3のマスク53を形成する。当該第3のマスク53を用いて、層間絶縁膜9とともにゲート絶縁膜7もパターニングして、半導体層21の表面を露出させて、コンタクトホールを開口する。
After that, as shown in FIG. 18, the polycrystalline silicon film in
次に、図19に示すように、コンタクトホールの開口により露出した半導体層21の表面(ソース領域4及びボディコンタクト領域5の表面)に、Ni(ニッケル)等の金属を用いてコンタクト領域17を形成する。
Next, as shown in FIG. 19,
その後、実施の形態1で説明した半導体装置101の製造方法と同様にして、ショットキートレンチ11内にショットキー電極12を形成し、ショットキー電極12、コンタクト領域17、及び層間絶縁膜9の上に、ソース電極13を形成する。そして、基板1の裏面を覆うようにドレイン電極14を形成する。以上の工程により、図13に示す半導体装置201を作製できる。
After that, the
このように構成された半導体装置201であっても、実施の形態1の半導体装置101と同様の効果を奏する。さらに、本実施の形態の半導体装置201は、SBD領域20において、ショットキートレンチ11の下方に第2底部保護領域16を形成することで、第2底部保護領域16の周辺に広がる空乏層によりショットキー界面22の電界を低減し、逆方向リーク電流の増大をさらに抑制できる効果を奏する。
Even the semiconductor device 201 configured in this manner has the same effect as the
実施の形態3.
実施の形態3の半導体装置及び半導体装置の製造方法について、図20から図28を用いて説明する。図20は、図1に示す領域Xを拡大して示した図であり、半導体装置301におけるMOSFETセルのレイアウトを模式的に示す平面模式図である。図21は、図20のB-B’線での矢視断面図であり、本実施の形態の半導体装置301における活性領域40の一部の断面を示す断面模式図である。なお、図20は、図21に示したボディ領域3と第1底部保護領域15との間におけるある深さでの横方向の断面を上から見た図に相当する。また、図22から図28は、本実施の形態の半導体装置301の製造方法の工程を示す図である。
A semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. 20 to 28. FIG. FIG. 20 is an enlarged view of the region X shown in FIG. 1, and is a schematic plan view schematically showing the layout of the MOSFET cells in the semiconductor device 301. As shown in FIG. FIG. 21 is a cross-sectional view taken along the line BB' of FIG. 20, and is a schematic cross-sectional view showing a cross section of a part of the
本実施の形態の半導体装置301は、図20及び図21に示すように、MOS領域19とSBD領域20において第1低抵抗領域31及び第2低抵抗領域32がそれぞれ形成されている点で、実施の形態2の半導体装置201と異なる。本実施の形態の半導体装置301のその他の構成は、実施の形態2の半導体装置201と同様であるため、以下では半導体装置201と異なる点を中心に説明する。
As shown in FIGS. 20 and 21, the semiconductor device 301 of the present embodiment has a first low-
第1低抵抗領域31は、ゲートトレンチ6の延伸方向において、ゲートトレンチ6に沿って設けられ、n型の不純物濃度がドリフト層2よりも高い、n+型の半導体領域である。第1低抵抗領域31は、図20及び図21に示すように、ゲートトレンチ6の側方に設けられている。より詳しくは、図20に示すように、第1低抵抗領域31は、ゲートトレンチ6の延伸方向において、ゲートトレンチ6側面の全領域に接して、ゲートトレンチ6の側面を覆うように形成される。また、第1低抵抗領域31は、図21に示すように、ボディ領域3及び第1底部保護領域15に接するように形成されている。The first low-
第2低抵抗領域32は、ショットキートレンチ11の延伸方向において、ショットキートレンチ11に沿って設けられ、n型の不純物濃度がドリフト層2よりも高い、n+型の半導体領域である。第2低抵抗領域32は、図20及び図21に示すように、ショットキートレンチ11の側方に設けられている。より詳しくは、第2低抵抗領域32は、ショットキートレンチ11の延伸方向において、ショットキートレンチ11側面の全領域に接して、ショットキートレンチ11の側面を覆うように形成される。また、第2低抵抗領域32は、図21に示すように、ボディ領域3及び第2底部保護領域16に接するように形成されている。The second low-
なお、図20及び図21においては、MOS領域19内の第1低抵抗領域31とSBD領域20内の第2低抵抗領域32とが互いに離れている場合を図示しているが、これらは互いに接していてもよい。
20 and 21 show the case where the first low-
また、第1低抵抗領域31は、ゲートトレンチ6の向かい合う両側面にそれぞれ設けられるものに限られず、いずれか一方の側面のみに形成されていてもよい。また、第1低抵抗領域31は、ゲートトレンチ6の延伸方向においてゲートトレンチ6側面の全領域に接するように形成されなくてもよく、一部の領域のみなど部分的に形成されていてもよい。
Moreover, the first low-
同様に、第2低抵抗領域32も、ショットキートレンチ11の向かい合う両側面にそれぞれ設けられるものに限られず、いずれか一方の側面のみに形成されていてもよい。また、第2低抵抗領域32は、ショットキートレンチ11の延伸方向においてショットキートレンチ11側面の全領域に接するように形成されなくてもよく、一部の領域のみなど部分的に形成されていてもよい。
Similarly, the second low-
第1低抵抗領域31は、ゲートトレンチ6の側面に接して設けられるものに限られず、ドリフト層2内においてゲートトレンチ6の側面から離れた位置に設けられていてもよい。同様に、第2低抵抗領域32も、ショットキートレンチ11の側面に接して設けられるものに限られず、ドリフト層2内においてショットキートレンチ11の側面から離れた位置に設けられていてもよい。
The first low-
第1低抵抗領域31は、ボディ領域3及び第1底部保護領域15に接して設けられるものに限られず、ドリフト層2内においてこれらの領域から離れた位置に設けられていてもよい。同様に、第2低抵抗領域32も、ボディ領域3及び第2底部保護領域16に接して設けられるものに限られず、ドリフト層2内においてこれらの領域から離れた位置に設けられていてもよい。
The first low-
なお、本実施の形態では、半導体装置301がゲートトレンチ6側に第1底部保護領域15及び第1低抵抗領域31を有し、ショットキートレンチ11側に第2底部保護領域16及び第2低抵抗領域32を有する場合について説明するが、これに限られるものではなく、実施の形態1に記載の半導体装置101にさらに第1低抵抗領域31のみを設けたもの、すなわち第2底部保護領域16及び第2低抵抗領域32を有しない構成であってもよい。
In this embodiment, the semiconductor device 301 has the first
次に、半導体装置301の製造方法について、図22から図28を用いて、実施の形態2の半導体装置201の製造方法と異なる点を中心に説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device 301 will be described with reference to FIGS. 22 to 28, focusing on points different from the method for manufacturing the semiconductor device 201 of the second embodiment.
まず、実施の形態2で説明した半導体装置201の製造方法と同様にして、図14に示すようにゲートトレンチ6、ショットキートレンチ11、第1底部保護領域15、及び第2底部保護領域16を形成した後、図15に示すようにゲートトレンチ6を追加エッチングする。そして、第1のマスク51を形成したまま、もしくは図22に示すように第1のマスク51を除去してから、ゲートトレンチ6及びショットキートレンチ11の内壁からN(窒素)やP(リン)等の傾斜イオン注入によりn+型の第1低抵抗領域31及び第2低抵抗領域32を形成する。First,
ここで、第1低抵抗領域31及び第2低抵抗領域32は、これらの領域におけるn型の不純物濃度がボディ領域3のp型の不純物濃度よりも低くなるように形成する。このようにすることで、ボディ領域3の導電型がn型に反転されないようにすることができる。また、このように形成することで、第1低抵抗領域31におけるn型の不純物濃度は、第1底部保護領域15のp型の不純物濃度よりも低くなる。同様に、第2低抵抗領域32におけるn型の不純物濃度は、第2底部保護領域16のp型の不純物濃度よりも低くなる。よって、第1底部保護領域15及び第2底部保護領域16の導電型がn型に反転されることはなく、ゲートトレンチ6の角部が第1底部保護領域15に埋め込まれたままとなる。
Here, the first low-
なお、ゲートトレンチ6の側面に図示しないp型の接続領域を形成する場合、接続領域におけるp型の不純物濃度が第1低抵抗領域31のn型の不純物濃度よりも高くなるように形成する。このようにすることで、元々第1低抵抗領域31であった領域の導電型をp型に反転させて、接続領域を形成することができる。なお、接続領域は、通常ボディ領域3よりもp型の不純物濃度が高くなるように設定されるため、元々ボディ領域3であった領域においても接続領域が形成されることになる。
When forming a p-type connection region (not shown) on the side surface of the
このようにすることで、ゲートトレンチ6の側面を覆うように第1低抵抗領域31を、ショットキートレンチ11の側面を覆うように第2低抵抗領域32を、それぞれ形成することができる。その他の部分については、実施の形態2の半導体装置201と同様にして製造することができる。
By doing so, the first low-
なお、第1低抵抗領域31及び第2低抵抗領域32は、以下のようにして形成してもよい。図23及び図24は、実施の形態3における半導体装置301の他の製造方法の一部の工程を示す図である。まず、実施の形態1で説明した半導体装置101の製造方法と同様にして、図5に示すようにボディ領域3、ソース領域4、及びボディコンタクト領域5を形成した後、図23に示すように、後工程で形成されるゲートトレンチ6やショットキートレンチ11よりも広い開口を持つ第4のマスク54を半導体層21上に形成する。そして、半導体層21の表面に対して垂直方向にイオン注入を行い、第1低抵抗領域31及び第2低抵抗領域32を形成する。
Note that the first low-
第4のマスク54の除去後、図24に示すように、第4のマスク54(第1低抵抗領域31及び第2低抵抗領域32)よりも狭い開口を持つ第1のマスク51を半導体層21上に形成する。第1のマスク51の開口は、第1低抵抗領域31及び第2低抵抗領域32上に位置するように形成する。そして、第1のマスク51を用いて、反応性イオンエッチング(RIE)によって半導体層21の表面からソース領域4及びボディ領域3を貫通してドリフト層2へと達するゲートトレンチ6及びショットキートレンチ11を形成する。このとき、ゲートトレンチ6及びショットキートレンチ11は、図24に示すように、トレンチ底部が第1低抵抗領域31及び第2低抵抗領域32の下部よりも浅くなるように形成する。
After removing the
さらに、第1のマスク51を用いて、半導体層21の表面に対して垂直方向から少し傾斜した斜め方向にイオン注入を行い、ゲートトレンチ6の底部に第1底部保護領域15を形成し、ショットキートレンチ11の底部に第2底部保護領域16を形成する。その後、図16で説明した第2のマスク52と同様のマスクを形成し、ゲートトレンチ6を追加エッチングする。その他の部分については、実施の形態2の半導体装置201と同様にして製造することができる。
Further, using a
このように構成された半導体装置301であっても、実施の形態2の半導体装置201と同様の効果を奏する。さらに、本実施の形態の半導体装置301は、第1底部保護領域15に隣接して、ドリフト層2よりもn型の不純物濃度が高い第1低抵抗領域31が形成されているため、第1底部保護領域15周辺の抵抗が低減され、MOSFETのオン抵抗を低減できる。同様に、第2底部保護領域16に隣接して、ドリフト層2よりもn型の不純物濃度が高い第2低抵抗領域32が形成されているため、SBDの動作時に第2底部保護領域16周辺の抵抗が低減され、高いショットキー電流を得ることができる。
Even the semiconductor device 301 configured in this manner has the same effect as the semiconductor device 201 of the second embodiment. Furthermore, in the semiconductor device 301 of the present embodiment, the first low-
さらに、第1底部保護領域15及び第2底部保護領域16の周辺に第1低抵抗領域31及び第2低抵抗領域32が形成されていることにより、第1底部保護領域15及び第2底部保護領域16の周辺のn型の不純物濃度が高くなっている。すなわち、第1底部保護領域15と第1低抵抗領域31とから構成されるpn接合部、及び第2底部保護領域16と第2低抵抗領域32とから構成されるpn接合部は、ドリフト層2とから構成される場合よりもpn接合部のn型領域のポテンシャルが増大する。pn接合部のn型領域のポテンシャルが増大することにより、当該pn接合部からなるボディダイオードのビルトイン電圧も増加するため、ボディダイオードに電流が流れにくくなる
Furthermore, the first low-
ここで、pn接合からなるボディダイオードがSiC(炭化珪素)から構成されている場合、ボディダイオードには、炭化珪素のバンドギャップから通常3.5V程度で電流が流れる。しかし、pn接合部のn型領域のポテンシャルが高い場合には、その分高いバイアスを印加しなければ、ボディダイオードがオンしない。そのため、ボディダイオードに順方向バイアスが印加された際、第1低抵抗領域31及び第2低抵抗領域32に隣接する第1底部保護領域15及び第2底部保護領域16のpn接合においては、より高い電圧までバイポーラ動作が抑制されることとなる。
Here, when the body diode composed of the pn junction is made of SiC (silicon carbide), a current of about 3.5 V normally flows through the body diode from the bandgap of silicon carbide. However, if the potential of the n-type region of the pn junction is high, the body diode will not turn on unless a correspondingly high bias is applied. Therefore, when a forward bias is applied to the body diode, the pn junctions of the first
一方、SBDは、ショットキー障壁によるバイアスを印加することでオンでき、通常1~2V程度など、pn接合からなるボディダイオードよりも低い電圧でオンする。そのため、順方向バイアス印加時には、まずSBDによるユニポーラ電流であるショットキー電流が流れ始め、より高いバイアスになるとボディダイオードによるバイポーラ電流が流れ始めることとなる。 On the other hand, the SBD can be turned on by applying a bias by a Schottky barrier, and is usually turned on at a voltage of about 1 to 2 V, which is lower than the body diode composed of a pn junction. Therefore, when a forward bias is applied, first a Schottky current, which is a unipolar current, starts to flow due to the SBD, and when the bias becomes higher, a bipolar current starts to flow due to the body diode.
したがって、第1底部保護領域15及び第2底部保護領域16の周辺に、ドリフト層2よりもn型の不純物濃度が高い第1低抵抗領域31及び第2低抵抗領域32を形成することで、pn接合部のn型領域のポテンシャルを増大でき、pn接合からなるボディダイオードの動作電圧を増大させることができるので、SBDにおいてより高い最大ユニポーラ電流を得ることができる。
Therefore, by forming the first low-
なお、第2底部保護領域16及び第2低抵抗領域32を有しない構成とする場合には、実施の形態1で説明した半導体装置101の製造方法と同様にして、図9に示すように、ゲートトレンチ6、ショットキートレンチ11、及び第1底部保護領域15を形成し、ゲートトレンチ6を追加エッチングする。その後、図25に示すように第2のマスク52を形成したまま、ゲートトレンチ6及びショットキートレンチ11の内壁からN(窒素)やP(リン)等の傾斜イオン注入によりn+型の第1低抵抗領域31を形成する。その他の部分については、実施の形態1の半導体装置101と同様にして製造することができる。In the case of a configuration without the second
次に、実施の形態2に係る半導体装置301の変形例を説明する。変形例1に係る半導体装置302は、低抵抗領域33が形成される点で、半導体装置301と異なる。低抵抗領域33は、第1ドリフト層27上に形成され、第1ドリフト層27よりもn型の不純物濃度が高いn型の半導体領域である。
Next, a modified example of the semiconductor device 301 according to the second embodiment will be described. A semiconductor device 302 according to
なお、低抵抗領域33のうち、MOS領域19において形成された部分(ゲートトレンチ6の側面に沿って形成されている部分)が第1低抵抗領域31に相当し、SBD領域20において形成された部分(ショットキートレンチ11の側面に沿って形成されている部分)が第2低抵抗領域32に相当する。その他の構成は、図22及び図23に示した半導体装置301と同様である。
A portion of the low-
次に、変形例1に係る半導体装置302の製造方法について説明する。図26及び図27は、変形例1に係る半導体装置302の製造方法の一部の工程を示す図である。半導体装置302において、低抵抗領域33は、エピタキシャル成長によって形成することができる。すなわち、図26に示すように、基板1上にn-型の第1ドリフト層27をエピタキシャル成長により形成した後、第1ドリフト層27上に、n+型の低抵抗領域33をエピタキシャル成長により形成する。なお、第1ドリフト層27と低抵抗領域33とを合わせたものが上述のドリフト層2に相当する。Next, a method for manufacturing the semiconductor device 302 according to
続いて、実施の形態1の図5に示した製造方法と同様にして、ボディ領域3、ソース領域4、及びボディコンタクト領域5を、上述のドリフト層2の上部に相当する低抵抗領域33の上層部にイオン注入により形成する。なお、ボディ領域3、ソース領域4、及びボディコンタクト領域5は、低抵抗領域33の上部にエピタキシャル成長により形成することもできる。
Subsequently, in the same manner as the manufacturing method shown in FIG. 5 of the first embodiment, the
そして、図27に示すように、第1のマスク51を用いて、反応性イオンエッチング(RIE)によって半導体層21の表面からソース領域4及びボディ領域3を貫通して低抵抗領域33へと達するゲートトレンチ6及びショットキートレンチ11を形成する。このとき、ゲートトレンチ6及びショットキートレンチ11は、トレンチ底面が低抵抗領域33の下面よりも浅くなるように形成する。さらに、第1のマスク51を用いて、半導体層21の表面に対して垂直方向から少し傾斜した斜め方向にイオン注入を行い、ゲートトレンチ6の底部にp+型の第1底部保護領域15を形成し、ショットキートレンチ11の底部にp+型の第2底部保護領域16を形成する。このとき、第1底部保護領域15及び第2底部保護領域16は、これらの下部が低抵抗領域33の下部と同じ深さ、もしくはより深い位置となるように形成する。Then, as shown in FIG. 27, using a
このようにすることで、ドリフト層2のうち、第1底部保護領域15及び第2底部保護領域16の下部よりも上方に位置する部分に低抵抗領域33を形成することができる。その他の部分については、実施の形態3の半導体装置301と同様にして製造することができる。
By doing so, the
変形例1に係る半導体装置302においても、実施の形態2及び実施の形態3において説明したのと同様の効果を得ることができる。
In the semiconductor device 302 according to
実施の形態4.
実施の形態4の半導体装置及び半導体装置の製造方法について、図28及び図29を用いて説明する。図28は、図2のA-A’線での矢視断面図に対応し、本実施の形態の半導体装置401における活性領域40の一部の断面を示す断面模式図である。また、図29は、本実施の形態の半導体装置401の製造方法の一部の工程を示す図である。
A semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device according to the fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 28 and 29. FIG. FIG. 28 is a schematic cross-sectional view showing a cross-section of part of the
本実施の形態の半導体装置401は、図28に示すように、ボディ領域3の下部に電流拡散領域34が形成されている点で、実施の形態2の半導体装置201と異なる。本実施の形態の半導体装置のその他の構成は、実施の形態2の半導体装置201と同様であるため、以下では半導体装置201と異なる点を中心に説明する。
A semiconductor device 401 of the present embodiment differs from the semiconductor device 201 of the second embodiment in that a
電流拡散領域34は、ボディ領域3の下部に、ボディ領域3の下面に上面が接するように形成されるn+型の半導体領域である。電流拡散領域34のn型の不純物濃度は、ドリフト層2のn型の不純物濃度よりも高い。つまり、電流拡散領域34は、ドリフト層2よりも低抵抗である。
次に、半導体装置401の製造方法について、図29を用いて、実施の形態1の半導体装置101の製造方法又は実施の形態2の半導体装置201の製造方法と異なる点を中心に説明する。
Next, a method of manufacturing the semiconductor device 401 will be described with reference to FIG. 29, focusing on the differences from the method of manufacturing the
まず、実施の形態1で説明した半導体装置101の製造方法と同様にして、図4に示すようにドリフト層2を形成した後に、図29に示すように、ボディ領域3、ソース領域4、ボディコンタクト領域5、及び電流拡散領域34を、それぞれイオン注入により形成する。なお、これらはいずれもエピタキシャル成長によって形成してもよい。
First, after forming the
このようにすることで、ボディ領域3の下方に電流拡散領域34を形成することができる。その他の部分については、実施の形態2の半導体装置201と同様にして製造することができる。
By doing so, a
このように構成された半導体装置401であっても、実施の形態2の半導体装置201と同様の効果を奏する。さらに、本実施の形態の半導体装置401は、ボディ領域3の底部に電流拡散領域34が形成されているため、ボディ領域3と第1底部保護領域15の間のJFET抵抗を低減することができ、オン抵抗を低下することで損失を減少することができる効果を奏する。
Even the semiconductor device 401 configured in this way has the same effect as the semiconductor device 201 of the second embodiment. Furthermore, in semiconductor device 401 of the present embodiment, since
また、本実施の形態の半導体装置401は、還流動作時にボディ領域3近辺にもショットキー電流が流れるので、ボディ領域3とドリフト層2との間のpn接合に電流が流れるバイポーラ動作を抑制することができる効果を奏する。
Further, in the semiconductor device 401 of the present embodiment, a Schottky current also flows in the vicinity of the
実施の形態5.
本実施の形態は、上述した実施の形態1から4のいずれかにかかる半導体装置を電力変換装置に適用したものである。本開示は特定の電力変換装置に限定されるものではないが、以下、実施の形態5として、三相のインバータに本開示を適用した場合について説明する。
The present embodiment applies the semiconductor device according to any one of the first to fourth embodiments described above to a power converter. Although the present disclosure is not limited to a specific power converter, a case where the present disclosure is applied to a three-phase inverter will be described below as a fifth embodiment.
図30は、本実施の形態にかかる電力変換装置を適用した電力変換システムの構成を示すブロック図である。 FIG. 30 is a block diagram showing the configuration of a power conversion system to which the power conversion device according to this embodiment is applied.
図30に示す電力変換システムは、電源500、電力変換装置600、負荷700から構成される。電源500は、直流電源であり、電力変換装置600に直流電力を供給する。電源500は種々のもので構成することが可能であり、例えば、直流系統、太陽電池、蓄電池で構成することができるし、交流系統に接続された整流回路やAC/DCコンバータで構成することとしてもよい。また、電源500を、直流系統から出力される直流電力を所定の電力に変換するDC/DCコンバータによって構成することとしてもよい。
The power conversion system shown in FIG. 30 includes a
電力変換装置600は、電源500と負荷700の間に接続された三相のインバータであり、電源500から供給された直流電力を交流電力に変換し、負荷700に交流電力を供給する。電力変換装置600は、図30に示すように、入力される直流電力を交流電力に変換して出力する主変換回路601と、主変換回路601の各スイッチング素子を駆動する駆動信号を出力する駆動回路602と、駆動回路602を制御する制御信号を駆動回路602に出力する制御回路603とを備えている。
負荷700は、電力変換装置600から供給された交流電力によって駆動される三相の電動機である。なお、負荷700は特定の用途に限られるものではなく、各種電気機器に搭載された電動機であり、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車、鉄道車両、エレベーター、もしくは、空調機器向けの電動機として用いられる。
以下、電力変換装置600の詳細を説明する。主変換回路601は、スイッチング素子と還流ダイオードを備えており(図示せず)、スイッチング素子がスイッチングすることによって、電源500から供給される直流電力を交流電力に変換し、負荷700に供給する。主変換回路601の具体的な回路構成は種々のものがあるが、本実施の形態にかかる主変換回路601は2レベルの三相フルブリッジ回路であり、6つのスイッチング素子とそれぞれのスイッチング素子に逆並列に接続された6つの還流ダイオードから構成することができる。主変換回路601の各スイッチング素子と各還流ダイオードの少なくともいずれかに、上述した実施の形態1から4のいずれかにかかる半導体装置を適用する。このうち、MOS領域19に配置されたMOSFET構造をスイッチング素子として、SBD領域20に配置されたSBDを還流ダイオードとして、それぞれ使用できる。6つのスイッチング素子は2つのスイッチング素子ごとに直列接続され上下アームを構成し、各上下アームはフルブリッジ回路の各相(U相、V相、W相)を構成する。そして、各上下アームの出力端子、すなわち主変換回路601の3つの出力端子は、負荷700に接続される。
Details of the
なお、実施の形態1から4にかかる半導体装置は、スイッチング素子と還流ダイオードが1つのチップ内に内蔵された一体構造となっている。そのため、主変換回路601のスイッチング素子としてMOS領域19に配置されたMOSFET構造を用い、還流ダイオードとしてSBD領域20に配置されたSBDを用いることで、スイッチング素子と還流ダイオードが別個に形成された異なる2つ以上のチップを用いるときと比較して、実装面積を縮小できる。
It should be noted that the semiconductor devices according to the first to fourth embodiments have an integrated structure in which the switching element and the freewheeling diode are built in one chip. Therefore, by using the MOSFET structure arranged in the
駆動回路602は、主変換回路601のスイッチング素子を駆動する駆動信号を生成し、主変換回路601のスイッチング素子のゲート電極に供給する。具体的には、後述する制御回路603からの制御信号に従い、スイッチング素子をオン状態にする駆動信号とスイッチング素子をオフ状態にする駆動信号とを各スイッチング素子のゲート電極に出力する。スイッチング素子をオン状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以上の電圧信号(オン信号)であり、スイッチング素子をオフ状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以下の電圧信号(オフ信号)となる。
The
制御回路603は、負荷700に所望の電力が供給されるよう主変換回路601のスイッチング素子を制御する。具体的には、負荷700に供給すべき電力に基づいて主変換回路601の各スイッチング素子がオン状態となるべき時間(オン時間)を算出する。例えば、出力すべき電圧に応じてスイッチング素子のオン時間を変調するPWM制御によって主変換回路601を制御することができる。そして、各時点においてオン状態となるべきスイッチング素子にはオン信号を、オフ状態となるべきスイッチング素子にはオフ信号が出力されるよう、駆動回路602に制御指令(制御信号)を出力する。駆動回路602は、この制御信号に従い、各スイッチング素子のゲート電極にオン信号又はオフ信号を駆動信号として出力する。
The
本実施の形態に係る電力変換装置では、主変換回路601のスイッチング素子として実施の形態1から4のいずれかにかかる半導体装置を適用するため、バイポーラ劣化が抑制された信頼性の高い半導体装置の使用により、電力変換装置の信頼性向上を実現することができる。また、主変換回路601のスイッチング素子として実施の形態1から4のいずれかにかかる半導体装置を適用することで、実装面積の縮小が可能となるため、装置全体の大きさを小型化することができる。
In the power converter according to the present embodiment, since the semiconductor device according to any one of the first to fourth embodiments is applied as the switching element of the
さらに、実施の形態1から4のいずれの半導体装置も、MOS領域19においてゲート絶縁膜7の絶縁破壊を抑制するとともに、SBD領域20において逆方向リーク電流の増大を抑制することができる。したがって、本実施の形態に係る電力変換装置は、実施の形態1から4のいずれかにかかる半導体装置を適用することで、耐圧を向上することができ、信頼性を向上することができるという効果を奏する。
Furthermore, in any of the semiconductor devices of the first to fourth embodiments, dielectric breakdown of
本実施の形態では、2レベルの三相インバータに本開示を適用する例を説明したが、本開示は、これに限られるものではなく、種々の電力変換装置に適用することができる。本実施の形態では、2レベルの電力変換装置としたが3レベルやマルチレベルの電力変換装置であっても構わないし、単相負荷に電力を供給する場合には単相のインバータに本開示を適用しても構わない。また、直流負荷等に電力を供給する場合にはDC/DCコンバータやAC/DCコンバータに本開示を適用することも可能である。 In the present embodiment, an example in which the present disclosure is applied to a two-level three-phase inverter has been described, but the present disclosure is not limited to this, and can be applied to various power converters. In this embodiment, a two-level power conversion device is used, but a three-level or multi-level power conversion device may be used. You can apply it. In addition, the present disclosure can be applied to a DC/DC converter or an AC/DC converter when power is supplied to a DC load or the like.
また、本開示を適用した電力変換装置は、上述した負荷が電動機の場合に限定されるものではなく、例えば、放電加工機やレーザー加工機、又は誘導加熱調理器や非接触給電システムの電源装置として用いることもでき、さらには太陽光発電システムや蓄電システム等のパワーコンディショナーとして用いることも可能である。 In addition, the power conversion device to which the present disclosure is applied is not limited to the case where the above-described load is an electric motor. It can also be used as a power conditioner for a photovoltaic power generation system, an electric storage system, or the like.
以上説明した本開示に係る実施の形態1から5においては、半導体材料が炭化珪素である場合について説明したが、その他の半導体材料を用いてもよい。すなわち、基板1、及びドリフト層2、ボディ領域3、ソース領域4、ボディコンタクト領域5などを含む半導体層21は、その他の半導体材料から構成することができる。その他の半導体材料としては、例えば、シリコンと比べてバンドギャップが広い、いわゆるワイドバンドギャップ半導体が挙げられる。炭化珪素以外のワイドバンドギャップ半導体としては、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化アルミニウムガリウム、酸化ガリウム、ダイヤモンドなどが挙げられる。これらのワイドバンドギャップ半導体を用いた場合であっても同様の効果を得ることができる。
In the first to fifth embodiments according to the present disclosure described above, the case where the semiconductor material is silicon carbide has been described, but other semiconductor materials may be used. That is, the
なお、本明細書で説明した上記の各実施の形態では、各構成要素の材質、材料、寸法、形状、相対的配置関係又は実施の条件等について記載している場合があるが、これらは全ての局面において例示であって、各実施の形態が記載されたものに限られることはない。よって、例示されていない無数の変形例が、各実施の形態の範囲内において想定される。例えば、任意の構成要素を変形する場合、追加する場合又は省略する場合、さらには、少なくとも1つの実施形態における少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれる。 In addition, in each of the above-described embodiments described in this specification, the material, material, size, shape, relative arrangement relationship, implementation conditions, etc. of each component may be described, but these are all , and is not limited to the description of each embodiment. Therefore, a myriad of variations not illustrated are envisioned within the scope of each embodiment. For example, when any component is modified, added or omitted, and at least one component of at least one embodiment is extracted and combined with a component of another embodiment. .
また、矛盾が生じない限り、上記各実施形態において「1つ」備えられるものとして記載された構成要素は、「1つ以上」備えられていても良い。さらに、各構成要素は概念的な単位であって、1つの構成要素が複数の構造物で構成される場合、及び1つの構成要素がある構造物の一部に対応する場合を含む。 In addition, as long as there is no contradiction, "one" or more of the components described as "one" may be provided in each of the above embodiments. Furthermore, each component is a conceptual unit, including cases where one component is composed of a plurality of structures and cases where one component corresponds to a part of a certain structure.
また、本明細書における説明は、何れも、従来技術であると認めるものではない。 Also, nothing discussed herein is an admission that it is prior art.
なお、各実施の形態を、適宜、組み合わせたり、変形や省略することも、本開示の範囲に含まれる。 Note that appropriate combinations, modifications, and omissions of the embodiments are also included within the scope of the present disclosure.
1 基板、2 ドリフト層、3 ボディ領域、4 ソース領域、5 ボディコンタクト領域、6 ゲートトレンチ、7 ゲート絶縁膜、8 ゲート電極、9 層間絶縁膜、11 ショットキートレンチ、 12 ショットキー電極、13 ソース電極、14 ドレイン電極、15 第1底部保護領域、16 第2底部保護領域、17 コンタクト領域、19 MOS領域、20 SBD領域、21 半導体層、22 ショットキー界面、25、27 第1ドリフト層、26 第2ドリフト層、31 第1低抵抗領域、32 第2低抵抗領域、33 低抵抗領域、34 電流拡散領域、40 活性領域、41 終端領域、
101、201、301、302、401 半導体装置、
500 電源、600 電力変換装置、601 主変換回路、602 駆動回路、603 制御回路、700 負荷
101, 201, 301, 302, 401 semiconductor devices,
500 power supply, 600 power converter, 601 main conversion circuit, 602 drive circuit, 603 control circuit, 700 load
Claims (7)
前記ドリフト層上に設けられた第2導電型のボディ領域と、
前記ボディ領域上に設けられた第1導電型のソース領域と、
前記ボディ領域及び前記ソース領域を前記ドリフト層の厚さ方向に貫通するゲートトレンチ内に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲートトレンチ内に設けられ、前記ソース領域に対して、前記ゲート絶縁膜を介して対向するように設けられたゲート電極と、
前記ボディ領域を前記ドリフト層の厚さ方向に貫通するショットキートレンチ内に設けられたショットキー電極と、
前記ゲートトレンチの底面、側面の一部、及び前記底面と前記側面との間の角部に接して設けられた第2導電型の第1底部保護領域と、
前記ショットキー電極の下方に設けられた第2導電型の第2底部保護領域と、
前記ショットキートレンチの側方に設けられ、第1導電型の不純物濃度が前記ドリフト層よりも高い第1導電型の第2低抵抗領域と、
を備え、
前記ショットキートレンチは、前記ドリフト層の厚さ方向における深さが前記ゲートトレンチよりも浅く形成されていること
を特徴とする半導体装置。 a first conductivity type drift layer;
a body region of a second conductivity type provided on the drift layer;
a first conductivity type source region provided on the body region;
a gate insulating film provided in a gate trench passing through the body region and the source region in the thickness direction of the drift layer;
a gate electrode provided in the gate trench and provided so as to face the source region via the gate insulating film;
a Schottky electrode provided in a Schottky trench penetrating the body region in the thickness direction of the drift layer;
a first bottom protection region of a second conductivity type provided in contact with a bottom surface of the gate trench, a portion of the side surface, and a corner between the bottom surface and the side surface;
a second bottom protection region of a second conductivity type provided below the Schottky electrode;
a first conductivity type second low resistance region provided on a side of the Schottky trench and having a first conductivity type impurity concentration higher than that of the drift layer;
with
The semiconductor device, wherein the Schottky trench is shallower than the gate trench in the thickness direction of the drift layer.
を特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the bottom surface of said Schottky trench is located above the top surface of said first bottom protection region.
を特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。 3. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a first conductive type first low resistance region provided on a side of the gate trench and having a first conductive type impurity concentration higher than that of the drift layer. semiconductor device.
を特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の半導体装置。 4. The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, further comprising a first conductivity type current diffusion region provided below the body region and having a first conductivity type impurity concentration higher than that of the drift layer. The semiconductor device described.
前記ゲートトレンチ及び前記ショットキートレンチは、延伸方向が<11-20>軸方向に平行に形成されていること
を特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の半導体装置。 The drift layer has a main surface provided with an off angle larger than 0° in the <11-20> axial direction,
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the gate trench and the Schottky trench are formed so that their extending directions are parallel to the <11-20> axis direction.
を特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 5 , wherein the drift layer uses a wide bandgap semiconductor as a semiconductor material.
前記半導体装置に駆動信号を出力する駆動回路と、
前記駆動回路に制御信号を出力する制御回路と、
を備えた電力変換装置。 A main conversion circuit having the semiconductor device according to any one of claims 1 to 6 and converting input power and outputting the converted power;
a drive circuit that outputs a drive signal to the semiconductor device;
a control circuit that outputs a control signal to the drive circuit;
A power converter with
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