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JP7632085B2 - Semiconductor Device - Google Patents
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Description

本開示は、半導体装置に関する。 This disclosure relates to a semiconductor device.

互いに並列に接続されたトランジスタ及びダイオードを含む半導体装置に関し、通電劣化を防止することを目的として、トランジスタに内蔵されるボディダイオードの特性を限定した半導体装置が提案されている(例えば特許文献1)。 Regarding semiconductor devices including transistors and diodes connected in parallel, a semiconductor device has been proposed in which the characteristics of the body diode built into the transistor are limited in order to prevent degradation due to electrical conduction (for example, Patent Document 1).

特開2015-198228号公報JP 2015-198228 A

従来の半導体装置では、温度が上昇したときに誘導負荷(L負荷)アバランシェ耐量が大きくばらつくことがある。 In conventional semiconductor devices, the inductive load (L load) avalanche resistance can vary greatly when the temperature rises.

本開示は、誘導負荷アバランシェ耐量のばらつきを制御できる半導体装置を提供することを目的とする。 The present disclosure aims to provide a semiconductor device that can control the variation in inductive load avalanche resistance.

本開示の半導体装置は、トランジスタと、前記トランジスタに並列に接続されたショットキーバリアダイオードと、を有し、前記トランジスタは、第1主面を備えた第1半導体基板と、前記第1主面に形成されたゲート電極と、を有し、前記ゲート電極は、前記第1半導体基板の<1-100>とのなす角度が第1角度の第1方向に延び、前記ショットキーバリアダイオードは、第2主面を備えた第2半導体基板を有し、前記第2半導体基板は、前記第2主面を構成する第1導電型の第1半導体領域と、前記第2主面に形成された第2導電型の第2半導体領域と、を有し、前記第2半導体領域は、前記第2半導体基板の<1-100>とのなす角度が第2角度の第2方向に延び、前記第1角度と前記第2角度との差が10°以下である。 The semiconductor device disclosed herein includes a transistor and a Schottky barrier diode connected in parallel to the transistor, the transistor includes a first semiconductor substrate having a first main surface and a gate electrode formed on the first main surface, the gate electrode extends in a first direction at a first angle with the <1-100> of the first semiconductor substrate, the Schottky barrier diode includes a second semiconductor substrate having a second main surface, the second semiconductor substrate includes a first semiconductor region of a first conductivity type constituting the second main surface and a second semiconductor region of a second conductivity type formed on the second main surface, the second semiconductor region extends in a second direction at a second angle with the <1-100> of the second semiconductor substrate, and the difference between the first angle and the second angle is 10° or less.

本開示によれば、誘導負荷アバランシェ耐量のばらつきを制御できる。 This disclosure makes it possible to control the variation in inductive load avalanche resistance.

図1は、第1実施形態に係る半導体モジュールを示す上面図である。FIG. 1 is a top view showing a semiconductor module according to the first embodiment. 図2は、第1実施形態に係る半導体モジュールを示す回路図である。FIG. 2 is a circuit diagram showing the semiconductor module according to the first embodiment. 図3は、第1実施形態における第1トランジスタの単位セルを示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a unit cell of the first transistor in the first embodiment. 図4は、第1実施形態における第1トランジスタを示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing the first transistor in the first embodiment. 図5は、第1実施形態における第1ダイオードの単位セルを示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a unit cell of the first diode in the first embodiment. 図6は、第1実施形態における第1ダイオードを示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing the first diode in the first embodiment. 図7は、第1実施形態における第2トランジスタの単位セルを示す平面図である。FIG. 7 is a plan view showing a unit cell of the second transistor in the first embodiment. 図8は、第1実施形態における第2トランジスタを示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing the second transistor in the first embodiment. 図9は、第1実施形態における第2ダイオードの単位セルを示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a unit cell of the second diode in the first embodiment. 図10は、第1実施形態における第2ダイオードを示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing the second diode in the first embodiment. 図11は、第2実施形態における第1トランジスタの単位セルを示す図である。FIG. 11 is a diagram showing a unit cell of a first transistor in the second embodiment. 図12は、第2実施形態における第1トランジスタを示す断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view showing a first transistor in the second embodiment. 図13は、第2実施形態における第1ダイオードの単位セルを示す図である。FIG. 13 is a diagram showing a unit cell of the first diode in the second embodiment. 図14は、第2実施形態における第1ダイオードを示す断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view showing a first diode in the second embodiment. 図15は、第2実施形態における第2トランジスタの単位セルを示す図である。FIG. 15 is a diagram showing a unit cell of a second transistor in the second embodiment. 図16は、第2実施形態における第2トランジスタを示す断面図である。FIG. 16 is a cross-sectional view showing a second transistor in the second embodiment. 図17は、第2実施形態における第2ダイオードの単位セルを示す図である。FIG. 17 is a diagram showing a unit cell of the second diode in the second embodiment. 図18は、第2実施形態における第2ダイオードを示す断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view showing a second diode in the second embodiment. 図19は、破壊特性を示す図である。FIG. 19 is a diagram showing the breakdown characteristics. 図20は、第1実施形態における第1トランジスタの変形例の単位セルを示す図である。FIG. 20 is a diagram showing a unit cell of a modified example of the first transistor in the first embodiment. 図21は、第1実施形態における第1ダイオードの変形例の単位セルを示す図である。FIG. 21 is a diagram showing a unit cell of a modified example of the first diode in the first embodiment. 図22は、第2実施形態における第1トランジスタの変形例の単位セルを示す図である。FIG. 22 is a diagram showing a unit cell of a modified example of the first transistor in the second embodiment. 図23は、第2実施形態における第1ダイオードの変形例の単位セルを示す図である。FIG. 23 is a diagram showing a unit cell of a modified example of the first diode in the second embodiment.

実施するための形態について、以下に説明する。 The form for implementing this is explained below.

[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。以下の説明では、同一又は対応する要素には同一の符号を付し、それらについて同じ説明は繰り返さない。本明細書中の結晶学的記載においては、個別方位を[]、集合方位を<>、個別面を()、集合面を{}でそれぞれ示している。また結晶学上の指数が負であることは、通常、"-"(バー)を数字の上に付すことによって表現されるが、本明細書中では数字の前に負の符号を付している。
[Description of the embodiments of the present disclosure]
First, the embodiments of the present disclosure will be listed and described. In the following description, the same or corresponding elements are given the same symbols, and the same description will not be repeated. In the crystallographic description in this specification, individual orientations are represented by [], collective orientations by <>, individual planes by (), and collective planes by {}. In addition, when a crystallographic index is negative, it is usually represented by placing a "-" (bar) above the number, but in this specification, a negative sign is placed before the number.

〔1〕 本開示の一態様に係る半導体装置は、トランジスタと、前記トランジスタに並列に接続されたショットキーバリアダイオードと、を有し、前記トランジスタは、第1主面を備えた第1半導体基板と、前記第1主面に形成されたゲート電極と、を有し、前記ゲート電極は、前記第1半導体基板の<1-100>とのなす角度が第1角度の第1方向に延び、前記ショットキーバリアダイオードは、第2主面を備えた第2半導体基板を有し、前記第2半導体基板は、前記第2主面を構成する第1導電型の第1半導体領域と、前記第2主面に形成された第2導電型の第2半導体領域と、を有し、前記第2半導体領域は、前記第2半導体基板の<1-100>とのなす角度が第2角度の第2方向に延び、前記第1角度と前記第2角度との差が10°以下である。 [1] A semiconductor device according to one aspect of the present disclosure includes a transistor and a Schottky barrier diode connected in parallel to the transistor, the transistor includes a first semiconductor substrate having a first main surface and a gate electrode formed on the first main surface, the gate electrode extends in a first direction at a first angle with respect to the <1-100> of the first semiconductor substrate, the Schottky barrier diode includes a second semiconductor substrate having a second main surface, the second semiconductor substrate includes a first semiconductor region of a first conductivity type constituting the second main surface and a second semiconductor region of a second conductivity type formed on the second main surface, the second semiconductor region extends in a second direction at a second angle with respect to the <1-100> of the second semiconductor substrate, and the difference between the first angle and the second angle is 10° or less.

本半導体装置では、温度上昇によりトランジスタ及びショットキーバリアダイオードの絶縁破壊電圧が同様の傾向で変化する。このため、温度上昇によりトランジスタ及びショットキーバリアダイオードの絶縁破壊電圧が変化しても、アバランシェ電流のトランジスタ又はダイオードへの集中を抑制し、誘導負荷アバランシェ耐量のばらつきを制御できる。 In this semiconductor device, the breakdown voltages of the transistor and Schottky barrier diode change in a similar manner as the temperature rises. Therefore, even if the breakdown voltages of the transistor and Schottky barrier diode change as the temperature rises, the concentration of avalanche current in the transistor or diode can be suppressed, and the variation in the inductive load avalanche resistance can be controlled.

〔2〕 〔1〕において、前記第1角度が10°以下であり、前記第2角度が10°以下であってもよい。この場合、トランジスタ及びショットキーバリアダイオードの絶縁破壊電圧の温度特性が揃いやすく、誘導負荷アバランシェ耐量のばらつきをより抑制しやすい。 [2] In [1], the first angle may be 10° or less, and the second angle may be 10° or less. In this case, the temperature characteristics of the breakdown voltage of the transistor and the Schottky barrier diode are more likely to be uniform, and the variation in the inductive load avalanche resistance is more likely to be suppressed.

〔3〕 〔1〕において、前記第1角度が80°以上100°以下であり、前記第2角度が80°以上100°以下であってもよい。この場合、トランジスタ及びショットキーバリアダイオードの絶縁破壊電圧の温度特性が揃いやすく、誘導負荷アバランシェ耐量のばらつきをより抑制しやすい。 [3] In [1], the first angle may be 80° or more and 100° or less, and the second angle may be 80° or more and 100° or less. In this case, the temperature characteristics of the breakdown voltage of the transistor and the Schottky barrier diode are more likely to be uniform, and the variation in the inductive load avalanche resistance is more likely to be suppressed.

〔4〕 〔1〕~〔3〕において、前記トランジスタを複数有し、前記トランジスタが前記ショットキーバリアダイオードに複数並列に接続されていてもよい。この場合、大きな電流を流しやすい。なお、前記トランジスタの数は、例えば、2個でもよく、4個でもよく、6個でもよく、12個でもよい。 [4] In [1] to [3], the transistor may be multiple, and the multiple transistors may be connected in parallel to the Schottky barrier diode. In this case, a large current may easily flow. The number of transistors may be, for example, 2, 4, 6, or 12.

〔5〕 〔1〕~〔4〕において、前記ショットキーバリアダイオードを複数有し、前記ショットキーバリアダイオードが前記トランジスタに複数並列に接続されていてもよい。この場合、電流を還流させやすい。なお、前記ショットキーバリアダイオードの数は、例えば、2個でもよく、4個でもよく、6個でもよく、12個でもよい。前記トランジスタの数と前記ショットキーバリアダイオードの数とが同じでもよく、異なっていてもよい。 [5] In [1] to [4], the Schottky barrier diode may be provided in plurality, and the Schottky barrier diode may be connected in parallel to the transistor. In this case, it is easy to return the current. The number of the Schottky barrier diodes may be, for example, two, four, six, or twelve. The number of the transistors and the number of the Schottky barrier diodes may be the same or different.

〔6〕 〔1〕~〔5〕において、上アームと、前記上アームに直列に接続された下アームと、を有し、前記上アームは、前記トランジスタと前記ショットキーバリアダイオードとの第1組み合わせを含み、前記下アームは、前記トランジスタと前記ショットキーバリアダイオードとの第2組み合わせを含んでもよい。この場合、半導体装置を上アーム及び下アームを備えるパワーモジュールに用い、パワーモジュールの誘導負荷アバランシェ耐量のばらつきを制御できる。 [6] In any one of [1] to [5], the semiconductor device may have an upper arm and a lower arm connected in series to the upper arm, the upper arm including a first combination of the transistor and the Schottky barrier diode, and the lower arm including a second combination of the transistor and the Schottky barrier diode. In this case, the semiconductor device may be used in a power module including an upper arm and a lower arm, and the variation in the inductive load avalanche resistance of the power module may be controlled.

〔7〕 〔1〕~〔6〕において、前記ショットキーバリアダイオードは、前記第2半導体基板の結晶方位を特定する標識を有してもよい。この場合、第2半導体基板の結晶方位を考慮しながらショットキーバリアダイオードを絶縁基板等に実装しやすくできる。 [7] In [1] to [6], the Schottky barrier diode may have a mark that specifies the crystal orientation of the second semiconductor substrate. In this case, the Schottky barrier diode can be easily mounted on an insulating substrate or the like while taking into account the crystal orientation of the second semiconductor substrate.

〔8〕 〔1〕~〔7〕において、前記第1半導体基板及び前記第2半導体基板は炭化珪素基板であってもよい。炭化珪素は絶縁破壊強度に異方性を有するが、基板の結晶方位に応じた構造とすることで、誘導負荷アバランシェ耐量のばらつきを制御しやすい。 [8] In [1] to [7], the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate may be silicon carbide substrates. Silicon carbide has anisotropy in dielectric breakdown strength, but by forming a structure according to the crystal orientation of the substrate, it is easy to control the variation in inductive load avalanche resistance.

〔9〕 〔1〕~〔8〕において、前記トランジスタは、前記第1方向を長手方向とする複数の第1単位セルを有し、前記ショットキーバリアダイオードは、前記第2方向を長手方向とする複数の第2単位セルを有してもよい。この場合、トランジスタでは、複数の第1単位セルのいずれかで絶縁破壊が生じ、ショットキーバリアダイオードでは、複数の第2単位セルのいずれかで絶縁破壊が生じ、トランジスタ及びショットキーバリアダイオードの両方にアバランシェ電流が流れる。 [9] In [1] to [8], the transistor may have a plurality of first unit cells whose longitudinal direction is the first direction, and the Schottky barrier diode may have a plurality of second unit cells whose longitudinal direction is the second direction. In this case, in the transistor, dielectric breakdown occurs in one of the plurality of first unit cells, and in the Schottky barrier diode, dielectric breakdown occurs in one of the plurality of second unit cells, and an avalanche current flows in both the transistor and the Schottky barrier diode.

〔10〕 〔1〕~〔9〕において、前記トランジスタと前記ショットキーバリアダイオードとの間の絶縁破壊電圧の差が100V以下であってもよい。この場合、特にトランジスタ及びショットキーバリアダイオードの両方にアバランシェ電流が流れやすくできる。 [10] In [1] to [9], the difference in breakdown voltage between the transistor and the Schottky barrier diode may be 100 V or less. In this case, it is particularly easy for an avalanche current to flow through both the transistor and the Schottky barrier diode.

〔11〕 〔1〕~〔10〕において、前記ショットキーバリアダイオードの絶縁破壊電圧が、前記トランジスタの絶縁破壊電圧よりも高くてもよい。この場合、トランジスタの絶縁破壊電圧とダイオードの絶縁破壊電圧との差を小さくしやすい。 [11] In [1] to [10], the breakdown voltage of the Schottky barrier diode may be higher than the breakdown voltage of the transistor. In this case, it is easy to reduce the difference between the breakdown voltage of the transistor and the breakdown voltage of the diode.

〔12〕 〔1〕~〔11〕において、前記トランジスタの絶縁破壊電圧及び前記ショットキーバリアダイオードの絶縁破壊電圧は600V以上であってもよい。この場合、耐圧の向上により、多くの用途に用いやすくできる。 [12] In [1] to [11], the breakdown voltage of the transistor and the breakdown voltage of the Schottky barrier diode may be 600 V or more. In this case, the improved breakdown voltage makes it easier to use in many applications.

〔13〕 〔1〕~〔12〕において、前記トランジスタ及び前記ショットキーバリアダイオードを収容する筐体を有してもよい。トランジスタで発生した熱によりショットキーバリアダイオードの温度も上昇することによって、トランジスタ及びショットキーバリアダイオードの絶縁破壊電圧が温度上昇により同様に変化し、誘導負荷アバランシェ耐量のばらつきを制御できる。 [13] In any of [1] to [12], a housing may be provided to house the transistor and the Schottky barrier diode. The temperature of the Schottky barrier diode also rises due to heat generated by the transistor, so that the breakdown voltages of the transistor and the Schottky barrier diode change in the same manner due to the temperature rise, thereby controlling the variation in the inductive load avalanche resistance.

〔14〕 〔1〕~〔13〕において、前記トランジスタ及び前記ショットキーバリアダイオードが実装された絶縁基板を有してもよい。トランジスタで発生した熱によりショットキーバリアダイオードの温度も上昇することによって、トランジスタ及びショットキーバリアダイオードの絶縁破壊電圧が温度上昇により同様に変化し、誘導負荷アバランシェ耐量のばらつきを制御できる。 [14] In any of [1] to [13], an insulating substrate may be provided on which the transistor and the Schottky barrier diode are mounted. The temperature of the Schottky barrier diode also rises due to heat generated by the transistor, so that the breakdown voltages of the transistor and the Schottky barrier diode change in the same manner due to the temperature rise, thereby controlling the variation in the inductive load avalanche resistance.

〔15〕 〔1〕~〔14〕において、1又は2以上の前記トランジスタと、1又は2以上の前記ショットキーバリアダイオードとの間の最も短い距離は1.0cm以下であってもよい。トランジスタとショットキーバリアダイオードとの間の距離が短いほど、集積度を高められる一方で、トランジスタで発生した熱によりショットキーバリアダイオードの温度も同様に上昇しやすくなる。同様に温度上昇によりトランジスタ及びショットキーバリアダイオードの絶縁破壊電圧が同様に変化することで、誘導負荷アバランシェ耐量のばらつきを制御できる。 [15] In [1] to [14], the shortest distance between one or more of the transistors and one or more of the Schottky barrier diodes may be 1.0 cm or less. The shorter the distance between the transistors and the Schottky barrier diodes, the higher the integration density, but the easier it is for the temperature of the Schottky barrier diode to rise due to heat generated by the transistors. Similarly, the breakdown voltages of the transistors and Schottky barrier diodes change in the same way due to a rise in temperature, so that the variation in the inductive load avalanche resistance can be controlled.

[本開示の実施形態の詳細]
以下、本開示の実施形態について詳細に説明するが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省くことがある。本明細書及び図面において、X1-X2方向、Y1-Y2方向、Z1-Z2方向を相互に直交する方向とする。X1-X2方向及びY1-Y2方向を含む面をXY面とし、Y1-Y2方向及びZ1-Z2方向を含む面をYZ面とし、Z1-Z2方向及びX1-X2方向を含む面をZX面とする。便宜上、Z1方向を上方向、Z2方向を下方向とする。また、本開示において平面視とは、Z1側から対象物を視ることをいう。
[Details of the embodiment of the present disclosure]
Hereinafter, the embodiments of the present disclosure will be described in detail, but the present embodiment is not limited thereto. In this specification and drawings, components having substantially the same functional configuration may be denoted by the same reference numerals to avoid redundant description. In this specification and drawings, the X1-X2 direction, the Y1-Y2 direction, and the Z1-Z2 direction are defined as mutually orthogonal directions. A plane including the X1-X2 direction and the Y1-Y2 direction is defined as the XY plane, a plane including the Y1-Y2 direction and the Z1-Z2 direction is defined as the YZ plane, and a plane including the Z1-Z2 direction and the X1-X2 direction is defined as the ZX plane. For convenience, the Z1 direction is defined as the upward direction, and the Z2 direction is defined as the downward direction. In addition, in this disclosure, planar view refers to viewing an object from the Z1 side.

(第1実施形態)
第1実施形態について説明する。第1実施形態は、半導体モジュールに関する。図1は、第1実施形態に係る半導体モジュールを示す上面図である。図2は、第1実施形態に係る半導体モジュールを示す回路図である。
First Embodiment
A first embodiment will be described. The first embodiment relates to a semiconductor module. Fig. 1 is a top view showing the semiconductor module according to the first embodiment. Fig. 2 is a circuit diagram showing the semiconductor module according to the first embodiment.

図1に示すように、第1実施形態に係る半導体モジュール100は、主として、放熱板121と、筐体122と、P端子101と、N端子102と、O端子103と、第1導電パターン111と、第2導電パターン112と、第3導電パターン113とを有する。半導体モジュール100は、更に、第1トランジスタ200と、第2トランジスタ400と、第1ダイオード300と、第2ダイオード500とを有する。 As shown in FIG. 1, the semiconductor module 100 according to the first embodiment mainly includes a heat sink 121, a housing 122, a P terminal 101, an N terminal 102, an O terminal 103, a first conductive pattern 111, a second conductive pattern 112, and a third conductive pattern 113. The semiconductor module 100 further includes a first transistor 200, a second transistor 400, a first diode 300, and a second diode 500.

放熱板121は、例えば平面視で矩形状の厚さが一様の板状体である。放熱板121の材料は、熱伝導率の高い素材である金属、例えば銅(Cu)、銅合金、アルミニウム(Al)等である。放熱板121は、熱界面材料(thermal interface material:TIM)等を用いて冷却器等に固定される。 The heat sink 121 is, for example, a rectangular plate of uniform thickness in a plan view. The material of the heat sink 121 is a metal with high thermal conductivity, such as copper (Cu), a copper alloy, or aluminum (Al). The heat sink 121 is fixed to a cooler or the like using a thermal interface material (TIM) or the like.

筐体122は、例えば平面視において枠状に形成されており、筐体122の外形は放熱板121の外形と同等である。筐体122の材料は樹脂等の絶縁体である。筐体122は、互いに対向する一対の側壁部191及び192と、側壁部191及び192の両端をつなぐ一対の端壁部193及び194とを有する。側壁部191及び192はZX平面に平行に配置され、端壁部193及び194はYZ平面に平行に配置されている。側壁部191は側壁部192のY1側に配置され、端壁部193は端壁部194のX1側に配置されている。 The housing 122 is formed, for example, in a frame shape when viewed from above, and the outer shape of the housing 122 is the same as the outer shape of the heat sink 121. The material of the housing 122 is an insulating material such as resin. The housing 122 has a pair of side walls 191 and 192 facing each other, and a pair of end walls 193 and 194 connecting both ends of the side walls 191 and 192. The side walls 191 and 192 are arranged parallel to the ZX plane, and the end walls 193 and 194 are arranged parallel to the YZ plane. The side wall 191 is arranged on the Y1 side of the side wall 192, and the end wall 193 is arranged on the X1 side of the end wall 194.

端壁部193の上面(Z1側の表面)にP端子101及びN端子102が配置され、端壁部194の上面(Z1側の表面)にO端子103が配置されている。例えば、N端子102がP端子101のY2側に配置されている。P端子101、N端子102及びO端子103は、それぞれ金属板から構成されている。 The P terminal 101 and the N terminal 102 are arranged on the upper surface (surface on the Z1 side) of the end wall portion 193, and the O terminal 103 is arranged on the upper surface (surface on the Z1 side) of the end wall portion 194. For example, the N terminal 102 is arranged on the Y2 side of the P terminal 101. The P terminal 101, the N terminal 102, and the O terminal 103 are each made of a metal plate.

筐体122の内側において、放熱板121のZ1側に、絶縁基板123が配置されている。第1導電パターン111、第2導電パターン112及び第3導電パターン113は、絶縁基板123のZ1側の面に設けられている。絶縁基板123のZ2側の面に導電層114(図4、図6、図8及び図10参照)が設けられている。導電層114が、はんだ等の接合材(図示せず)により放熱板121に接合されている。 Inside the housing 122, an insulating substrate 123 is disposed on the Z1 side of the heat sink 121. The first conductive pattern 111, the second conductive pattern 112, and the third conductive pattern 113 are provided on the Z1 side surface of the insulating substrate 123. A conductive layer 114 (see Figures 4, 6, 8, and 10) is provided on the Z2 side surface of the insulating substrate 123. The conductive layer 114 is joined to the heat sink 121 by a bonding material (not shown) such as solder.

P端子101は第1導電パターン111に電気的に接続され、O端子103は第2導電パターン112に電気的に接続され、N端子102は第3導電パターン113に電気的に接続されている。 The P terminal 101 is electrically connected to the first conductive pattern 111, the O terminal 103 is electrically connected to the second conductive pattern 112, and the N terminal 102 is electrically connected to the third conductive pattern 113.

第1トランジスタ200及び第1ダイオード300は第1導電パターン111の上に設けられている。第1トランジスタ200のドレイン電極233(図4参照)がはんだ等の接合材116(図4参照)を用いて第1導電パターン111に接合されている。第1ダイオード300のカソード電極333(図6参照)がはんだ等の接合材117(図6参照)を用いて第1導電パターン111に接合されている。第1トランジスタ200のソース電極232(図4参照)が複数のボンディングワイヤ161により第2導電パターン112に接続されている。第1ダイオード300のアノード電極332(図6参照)が複数のボンディングワイヤ171により第1トランジスタ200のソース電極232に接続されている。 The first transistor 200 and the first diode 300 are provided on the first conductive pattern 111. The drain electrode 233 (see FIG. 4) of the first transistor 200 is joined to the first conductive pattern 111 using a bonding material 116 (see FIG. 4) such as solder. The cathode electrode 333 (see FIG. 6) of the first diode 300 is joined to the first conductive pattern 111 using a bonding material 117 (see FIG. 6) such as solder. The source electrode 232 (see FIG. 4) of the first transistor 200 is connected to the second conductive pattern 112 by a plurality of bonding wires 161. The anode electrode 332 (see FIG. 6) of the first diode 300 is connected to the source electrode 232 of the first transistor 200 by a plurality of bonding wires 171.

第2トランジスタ400及び第2ダイオード500は第2導電パターン112の上に設けられている。第2トランジスタ400のドレイン電極433(図8参照)がはんだ等の接合材118(図8参照)を用いて第2導電パターン112に接合されている。第2ダイオード500のカソード電極533(図10参照)がはんだ等の接合材119(図10参照)を用いて第2導電パターン112に接合されている。第2トランジスタ400のソース電極432(図8参照)が複数のボンディングワイヤ162により第3導電パターン113に接続されている。第2ダイオード500のアノード電極532(図10参照)が複数のボンディングワイヤ172により第2トランジスタ400のソース電極432に接続されている。 The second transistor 400 and the second diode 500 are provided on the second conductive pattern 112. The drain electrode 433 (see FIG. 8) of the second transistor 400 is joined to the second conductive pattern 112 using a bonding material 118 (see FIG. 8) such as solder. The cathode electrode 533 (see FIG. 10) of the second diode 500 is joined to the second conductive pattern 112 using a bonding material 119 (see FIG. 10) such as solder. The source electrode 432 (see FIG. 8) of the second transistor 400 is connected to the third conductive pattern 113 by a plurality of bonding wires 162. The anode electrode 532 (see FIG. 10) of the second diode 500 is connected to the source electrode 432 of the second transistor 400 by a plurality of bonding wires 172.

図2に示すように、第1トランジスタ200と第2トランジスタ400とがP端子101とN端子102との間に直列に接続され、O端子103が第1トランジスタ200と第2トランジスタ400との間に接続されている。また、第1ダイオード300が第1トランジスタ200に並列に接続され、第2ダイオード500が第2トランジスタ400に並列に接続されている。第1トランジスタ200及び第1ダイオード300を含む上アーム181が構成され、第2トランジスタ400及び第2ダイオード500を含む下アーム182が構成されている。第1トランジスタ200と第1ダイオード300との組み合わせは、第1組み合わせの一例であり、第2トランジスタ400と第2ダイオード500との組み合わせは、第2組み合わせの一例である。 2, the first transistor 200 and the second transistor 400 are connected in series between the P terminal 101 and the N terminal 102, and the O terminal 103 is connected between the first transistor 200 and the second transistor 400. The first diode 300 is connected in parallel to the first transistor 200, and the second diode 500 is connected in parallel to the second transistor 400. An upper arm 181 including the first transistor 200 and the first diode 300 is configured, and a lower arm 182 including the second transistor 400 and the second diode 500 is configured. The combination of the first transistor 200 and the first diode 300 is an example of a first combination, and the combination of the second transistor 400 and the second diode 500 is an example of a second combination.

〔第1トランジスタ200〕
次に、第1実施形態における第1トランジスタ200について詳細に説明する。図3は、第1実施形態における第1トランジスタ200の単位セルを示す図であり、図4は、第1実施形態における第1トランジスタ200を示す断面図である。図4は、図3中のIV-IV線に沿った断面図に相当する。
[First transistor 200]
Next, the first transistor 200 in the first embodiment will be described in detail. Fig. 3 is a diagram showing a unit cell of the first transistor 200 in the first embodiment, and Fig. 4 is a cross-sectional view showing the first transistor 200 in the first embodiment. Fig. 4 corresponds to a cross-sectional view taken along line IV-IV in Fig. 3.

第1トランジスタ200は、主として、炭化珪素基板210と、ゲート電極231と、ソース電極232と、ドレイン電極233とを有する。 The first transistor 200 mainly has a silicon carbide substrate 210, a gate electrode 231, a source electrode 232, and a drain electrode 233.

炭化珪素基板210は、炭化珪素単結晶基板206と、炭化珪素単結晶基板206の上の炭化珪素エピタキシャル層207とを含む。炭化珪素基板210は、主面210Aと、主面210Aとは反対側の主面210Bとを有する。炭化珪素エピタキシャル層207が主面210Aを構成し、炭化珪素単結晶基板206が主面210Bを構成する。炭化珪素基板210の形状は、例えば直方体状である。主面210AはZ1-Z2方向に垂直な面である。<1-100>はY1-Y2方向に平行な方向である。炭化珪素単結晶基板206及び炭化珪素エピタキシャル層207は、例えばポリタイプ4Hの六方晶炭化珪素から構成されている。炭化珪素単結晶基板206は、例えば窒素(N)等のn型不純物を含みn型を有する。炭化珪素基板210は第1半導体基板の一例であり、主面210Aは第1主面の一例である。 The silicon carbide substrate 210 includes a silicon carbide single crystal substrate 206 and a silicon carbide epitaxial layer 207 on the silicon carbide single crystal substrate 206. The silicon carbide substrate 210 has a main surface 210A and a main surface 210B opposite to the main surface 210A. The silicon carbide epitaxial layer 207 constitutes the main surface 210A, and the silicon carbide single crystal substrate 206 constitutes the main surface 210B. The shape of the silicon carbide substrate 210 is, for example, a rectangular parallelepiped. The main surface 210A is a surface perpendicular to the Z1-Z2 direction. <1-100> is a direction parallel to the Y1-Y2 direction. The silicon carbide single crystal substrate 206 and the silicon carbide epitaxial layer 207 are composed of, for example, hexagonal silicon carbide of polytype 4H. Silicon carbide single crystal substrate 206 contains n-type impurities such as nitrogen (N) and has n-type. Silicon carbide substrate 210 is an example of a first semiconductor substrate, and main surface 210A is an example of a first main surface.

主面210Aは、(0001)がオフ方向に傾斜した面である。例えば、オフ方向は[11-20]である。例えば、主面210Aは(0001)がオフ方向([11-20])に8°以下のオフ角だけ傾斜した面である。オフ角は、例えば1°以上であってもよいし、2°以上であってもよい。オフ角は、6°以下であってもよいし、4°以下であってもよい。 The main surface 210A is a surface in which (0001) is tilted in the off direction. For example, the off direction is [11-20]. For example, the main surface 210A is a surface in which (0001) is tilted in the off direction ([11-20]) at an off angle of 8° or less. The off angle may be, for example, 1° or more, or 2° or more. The off angle may be 6° or less, or 4° or less.

[11-20]は(0001)内の方位である。しかし、主面210Aが(0001)がオフ方向に傾斜した面であるため、[11-20]は主面210A内の方位ではない。X1方向は[11-20]を主面210Aに投影した方位に相当し、X2方向は[-1-120]を主面210Aに投影した方位に相当する。 [11-20] is an orientation within (0001). However, since the main surface 210A is a surface inclined in the off-direction from (0001), [11-20] is not an orientation within the main surface 210A. The X1 direction corresponds to the orientation of [11-20] projected onto the main surface 210A, and the X2 direction corresponds to the orientation of [-1-120] projected onto the main surface 210A.

第1トランジスタ200は、活性領域201と、活性領域201の周囲に設けられた終端領域202とを有する。 The first transistor 200 has an active region 201 and a termination region 202 disposed around the active region 201.

活性領域201において、炭化珪素エピタキシャル層207は、主として、ドリフト領域211と、ボディ領域212と、ソース領域213と、コンタクト領域214と、電界緩和領域215とを有する。 In the active region 201, the silicon carbide epitaxial layer 207 mainly has a drift region 211, a body region 212, a source region 213, a contact region 214, and an electric field relaxation region 215.

ドリフト領域211は、例えば窒素(N)等のn型不純物を含み、n型の導電型を有する。ドリフト領域211は、主面210Bを構成する。ボディ領域212は、ドリフト領域211に接している。ボディ領域212は、例えばアルミニウム(Al)等のp型不純物を含み、p型の導電型を有する。ソース領域213は、ボディ領域212によってドリフト領域211から隔てられるようにボディ領域212上に設けられている。ソース領域213は、例えば窒素又はリン(P)等のn型不純物を含み、n型の導電型を有する。ソース領域213は、主面210Aの一部を構成する。炭化珪素エピタキシャル層207がドリフト領域211の下にバッファ層を有してもよい。 The drift region 211 contains n-type impurities such as nitrogen (N) and has n-type conductivity. The drift region 211 constitutes the main surface 210B. The body region 212 is in contact with the drift region 211. The body region 212 contains p-type impurities such as aluminum (Al) and has p-type conductivity. The source region 213 is provided on the body region 212 so as to be separated from the drift region 211 by the body region 212. The source region 213 contains n-type impurities such as nitrogen or phosphorus (P) and has n-type conductivity. The source region 213 constitutes a part of the main surface 210A. The silicon carbide epitaxial layer 207 may have a buffer layer under the drift region 211.

主面210Aに、複数のゲートトレンチ220が設けられている。複数のゲートトレンチ220は、Y1-Y2方向に平行に延び、X1-X2方向に並んで配置されている。ゲートトレンチ220は、側面221と、底面222とにより規定されている。底面222は、側面221に連なっている。側面221は、ソース領域213及びボディ領域212を貫通している。側面221は、ドリフト領域211に至っている。底面222は、ドリフト領域211に位置している。底面222は、主面210Aとほぼ平行である。側面221は、ソース領域213、ボディ領域212及びドリフト領域211により構成されている。底面222は、ドリフト領域211により構成されている。 A plurality of gate trenches 220 are provided in the main surface 210A. The plurality of gate trenches 220 extend parallel to the Y1-Y2 direction and are arranged side by side in the X1-X2 direction. The gate trenches 220 are defined by a side surface 221 and a bottom surface 222. The bottom surface 222 is continuous with the side surface 221. The side surface 221 penetrates the source region 213 and the body region 212. The side surface 221 reaches the drift region 211. The bottom surface 222 is located in the drift region 211. The bottom surface 222 is approximately parallel to the main surface 210A. The side surface 221 is composed of the source region 213, the body region 212, and the drift region 211. The bottom surface 222 is composed of the drift region 211.

ゲートトレンチ220内に、側面221及び底面222に接するゲート絶縁膜217が形成されている。ゲート絶縁膜217は、底面222においてドリフト領域211に接している。ゲート絶縁膜217は、側面221においてソース領域213、ボディ領域212及びドリフト領域211に接している。 A gate insulating film 217 is formed in the gate trench 220, contacting the side surface 221 and the bottom surface 222. The gate insulating film 217 contacts the drift region 211 at the bottom surface 222. The gate insulating film 217 contacts the source region 213, the body region 212, and the drift region 211 at the side surface 221.

ゲート電極231は、ゲート絶縁膜217上に設けられている。ゲート電極231は、例えば導電性不純物を含むポリシリコンから構成されている。ゲート電極231は、ゲートトレンチ220の内部に配置されている。ゲート電極231は、ソース領域213、ボディ領域212及びドリフト領域211に対面している。複数のゲート電極231は、Y1-Y2方向に平行に延び、X1-X2方向に並んで配置されている。Y1-Y2方向は第1方向の一例である。本実施形態では、炭化珪素基板210の<1-100>と第1方向とのなす第1角度が0°である。 The gate electrode 231 is provided on the gate insulating film 217. The gate electrode 231 is made of, for example, polysilicon containing conductive impurities. The gate electrode 231 is disposed inside the gate trench 220. The gate electrode 231 faces the source region 213, the body region 212, and the drift region 211. The multiple gate electrodes 231 extend parallel to the Y1-Y2 direction and are disposed side by side in the X1-X2 direction. The Y1-Y2 direction is an example of the first direction. In this embodiment, the first angle between the <1-100> of the silicon carbide substrate 210 and the first direction is 0°.

コンタクト領域214は、X1-X2方向で隣り合うゲートトレンチ220の間に、各ゲートトレンチ220の側面221から離れて、ソース領域213を貫通し、ボディ領域212に接するように設けられている。コンタクト領域214は、主面210Aの一部を構成する。コンタクト領域214は、例えばアルミニウム等のp型不純物を含み、p型の導電型を有する。 The contact region 214 is provided between adjacent gate trenches 220 in the X1-X2 direction, away from the side surface 221 of each gate trench 220, penetrating the source region 213, and in contact with the body region 212. The contact region 214 constitutes a part of the main surface 210A. The contact region 214 contains p-type impurities such as aluminum, and has a p-type conductivity.

電界緩和領域215は、X1-X2方向で隣り合うゲートトレンチ220の間に、各ゲートトレンチ220の側面221から離れて、ボディ領域212から主面210Bに向けて延びるように設けられている。電界緩和領域215は、例えばアルミニウム等のp型不純物を含み、p型の導電型を有する。電界緩和領域215は、下端面215Cと、第1側端面215Aと、第2側端面215Bとを有する。下端面215Cは、XY平面にほぼ平行である。第1側端面215A及び第2側端面215Bは、YZ平面にほぼ平行である。第1側端面215Aが第2側端面215BのX1側にある。下端面215C、第1側端面215A及び第2側端面215Bは、ドリフト領域211に接する。 The electric field relaxation region 215 is provided between adjacent gate trenches 220 in the X1-X2 direction, away from the side surface 221 of each gate trench 220, and extends from the body region 212 toward the main surface 210B. The electric field relaxation region 215 contains p-type impurities such as aluminum and has a p-type conductivity. The electric field relaxation region 215 has a lower end surface 215C, a first side end surface 215A, and a second side end surface 215B. The lower end surface 215C is approximately parallel to the XY plane. The first side end surface 215A and the second side end surface 215B are approximately parallel to the YZ plane. The first side end surface 215A is on the X1 side of the second side end surface 215B. The lower end surface 215C, the first side end surface 215A, and the second side end surface 215B are in contact with the drift region 211.

ゲートトレンチ220及びゲート電極231を覆うように層間絶縁膜235が設けられている。層間絶縁膜235に、ソース領域213の一部及びコンタクト領域214を露出するコンタクトホール236が形成されている。 An interlayer insulating film 235 is provided to cover the gate trench 220 and the gate electrode 231. A contact hole 236 is formed in the interlayer insulating film 235 to expose a part of the source region 213 and the contact region 214.

ソース電極232は、層間絶縁膜235の上に設けられており、コンタクトホール236を通じて主面210Aに接する。ソース電極232は、ソース領域213及びコンタクト領域214に電気的に接続されている。層間絶縁膜235は、ゲート電極231とソース電極232とを電気的に絶縁している。 The source electrode 232 is provided on the interlayer insulating film 235 and contacts the main surface 210A through the contact hole 236. The source electrode 232 is electrically connected to the source region 213 and the contact region 214. The interlayer insulating film 235 electrically insulates the gate electrode 231 and the source electrode 232.

ドレイン電極233は、主面210Bに接する。ドレイン電極233は、ドリフト領域211に電気的に接続されている。 The drain electrode 233 contacts the major surface 210B. The drain electrode 233 is electrically connected to the drift region 211.

第1トランジスタ200は、ゲートトレンチ220の周期パターンの単位となる複数の第1単位セル203を活性領域201内に含む。複数の第1単位セル203は、Y1-Y2方向を長手方向とし、X1-X2方向に並ぶ。 The first transistor 200 includes a plurality of first unit cells 203 in the active region 201, which are units of the periodic pattern of the gate trenches 220. The plurality of first unit cells 203 are arranged in the X1-X2 direction with the Y1-Y2 direction as the longitudinal direction.

終端領域202は、例えば平面形状が環状の領域であり、主面210Aの一部を構成する。終端領域202は、例えばアルミニウム等のp型不純物を含み、p型の導電型を有する。 The termination region 202 is, for example, a region having a circular planar shape, and constitutes a part of the main surface 210A. The termination region 202 contains p-type impurities such as aluminum, and has a p-type conductivity.

第1トランジスタ200では、ソース電極232とドレイン電極233との間に電圧が印加されると、電界緩和領域215の、下端面215Cと第1側端面215Aとが交わる第1隅部216A及び下端面215Cと第2側端面215Bとが交わる第2隅部216Bに電界が集中しやすい。 In the first transistor 200, when a voltage is applied between the source electrode 232 and the drain electrode 233, the electric field tends to concentrate in the electric field relaxation region 215 at the first corner 216A where the bottom end surface 215C intersects with the first side end surface 215A and at the second corner 216B where the bottom end surface 215C intersects with the second side end surface 215B.

〔第1ダイオード300〕
次に、第1実施形態における第1ダイオード300について詳細に説明する。第1ダイオード300は、JBS(Junction Barrier Schottky)構造を有するショットキーバリアダイオードである。図5は、第1実施形態における第1ダイオード300の単位セルを示す図であり、図6は、第1実施形態における第1ダイオード300を示す断面図である。図6は、図5中のVI-VI線に沿った断面図に相当する。
[First diode 300]
Next, the first diode 300 in the first embodiment will be described in detail. The first diode 300 is a Schottky barrier diode having a JBS (Junction Barrier Schottky) structure. Fig. 5 is a diagram showing a unit cell of the first diode 300 in the first embodiment, and Fig. 6 is a cross-sectional view showing the first diode 300 in the first embodiment. Fig. 6 corresponds to a cross-sectional view taken along line VI-VI in Fig. 5.

第1ダイオード300は、主として、炭化珪素基板310と、アノード電極332と、カソード電極333とを有する。 The first diode 300 mainly has a silicon carbide substrate 310, an anode electrode 332, and a cathode electrode 333.

炭化珪素基板310は、炭化珪素単結晶基板306と、炭化珪素単結晶基板306の上の炭化珪素エピタキシャル層307とを含む。炭化珪素基板310は、主面310Aと、主面310Aとは反対側の主面310Bとを有する。炭化珪素エピタキシャル層307が主面310Aを構成し、炭化珪素単結晶基板306が主面310Bを構成する。炭化珪素基板310の形状は、例えば直方体状である。主面310AはZ1-Z2方向に垂直な面である。<1-100>はY1-Y2方向に平行な方向である。炭化珪素単結晶基板306及び炭化珪素エピタキシャル層307は、例えばポリタイプ4Hの六方晶炭化珪素から構成されている。炭化珪素単結晶基板306は、例えば窒素等のn型不純物を含みn型を有する。炭化珪素基板310は第2半導体基板の一例であり、主面310Aは第2主面の一例である。 The silicon carbide substrate 310 includes a silicon carbide single crystal substrate 306 and a silicon carbide epitaxial layer 307 on the silicon carbide single crystal substrate 306. The silicon carbide substrate 310 has a main surface 310A and a main surface 310B opposite to the main surface 310A. The silicon carbide epitaxial layer 307 constitutes the main surface 310A, and the silicon carbide single crystal substrate 306 constitutes the main surface 310B. The shape of the silicon carbide substrate 310 is, for example, a rectangular parallelepiped. The main surface 310A is a surface perpendicular to the Z1-Z2 direction. <1-100> is a direction parallel to the Y1-Y2 direction. The silicon carbide single crystal substrate 306 and the silicon carbide epitaxial layer 307 are composed of, for example, hexagonal silicon carbide of polytype 4H. Silicon carbide single crystal substrate 306 contains n-type impurities such as nitrogen and has n-type. Silicon carbide substrate 310 is an example of a second semiconductor substrate, and main surface 310A is an example of a second main surface.

主面310Aは、(0001)がオフ方向に傾斜した面である。例えば、オフ方向は[11-20]である。例えば、主面310Aは(0001)がオフ方向([11-20])に8°以下のオフ角だけ傾斜した面である。オフ角は、例えば1°以上であってもよいし、2°以上であってもよい。オフ角は、6°以下であってもよいし、4°以下であってもよい。 The main surface 310A is a surface in which (0001) is tilted in the off direction. For example, the off direction is [11-20]. For example, the main surface 310A is a surface in which (0001) is tilted in the off direction ([11-20]) at an off angle of 8° or less. The off angle may be, for example, 1° or more, or 2° or more. The off angle may be 6° or less, or 4° or less.

[11-20]は(0001)内の方位である。しかし、主面310Aが(0001)がオフ方向に傾斜した面であるため、[11-20]は主面310A内の方位ではない。X1方向は[11-20]を主面310Aに投影した方位に相当し、X2方向は[-1-120]を主面310Aに投影した方位に相当する。 [11-20] is an orientation within (0001). However, since the main surface 310A is a surface inclined in the off-direction from (0001), [11-20] is not an orientation within the main surface 310A. The X1 direction corresponds to the orientation of [11-20] projected onto the main surface 310A, and the X2 direction corresponds to the orientation of [-1-120] projected onto the main surface 310A.

第1ダイオード300は、活性領域301と、活性領域301の周囲に設けられた終端領域302とを有する。 The first diode 300 has an active region 301 and a termination region 302 disposed around the active region 301.

活性領域301において、炭化珪素エピタキシャル層307は、主として、n型領域311と、複数のp型領域315とを有する。 In the active region 301, the silicon carbide epitaxial layer 307 mainly has an n-type region 311 and multiple p-type regions 315.

n型領域311は、例えば窒素等のn型不純物を含み、n型の導電型を有する。n型領域311は、主面310Bを構成し、主面310Aの一部を構成する。n型領域311は第1半導体領域の一例である。 The n-type region 311 contains n-type impurities such as nitrogen and has n-type conductivity. The n-type region 311 constitutes the main surface 310B and constitutes a part of the main surface 310A. The n-type region 311 is an example of a first semiconductor region.

複数のp型領域315は、主面310Aに設けられている。p型領域315は、主面310Aの一部を構成する。複数のp型領域315は、Y1-Y2方向に平行に延び、X1-X2方向に並んで配置されている。p型領域315は、例えばアルミニウム等のp型不純物を含み、p型の導電型を有する。p型領域315は、下端面315Cと、第1側端面315Aと、第2側端面315Bとを有する。下端面315Cは、XY平面にほぼ平行である。第1側端面315A及び第2側端面315Bは、YZ平面にほぼ平行である。第1側端面315Aが第2側端面315BのX1側にある。下端面315C、第1側端面315A及び第2側端面315Bは、n型領域311に接する。p型領域315は第2半導体領域の一例であり、Y1-Y2方向は第2方向の一例である。本実施形態では、炭化珪素基板310の<1-100>と第2方向とのなす第2角度が0°である。 A plurality of p-type regions 315 are provided on the main surface 310A. The p-type regions 315 constitute a part of the main surface 310A. The plurality of p-type regions 315 extend parallel to the Y1-Y2 direction and are arranged side by side in the X1-X2 direction. The p-type regions 315 contain p-type impurities such as aluminum and have a p-type conductivity. The p-type regions 315 have a lower end surface 315C, a first side end surface 315A, and a second side end surface 315B. The lower end surface 315C is approximately parallel to the XY plane. The first side end surface 315A and the second side end surface 315B are approximately parallel to the YZ plane. The first side end surface 315A is on the X1 side of the second side end surface 315B. The lower end surface 315C, the first side end surface 315A, and the second side end surface 315B are in contact with the n-type region 311. The p-type region 315 is an example of a second semiconductor region, and the Y1-Y2 direction is an example of a second direction. In this embodiment, the second angle between the <1-100> of the silicon carbide substrate 310 and the second direction is 0°.

アノード電極332は、主面310Aに接する。アノード電極332は、n型領域311及びp型領域315に電気的に接続されている。 The anode electrode 332 contacts the main surface 310A. The anode electrode 332 is electrically connected to the n-type region 311 and the p-type region 315.

カソード電極333は、主面310Bに接する。カソード電極333は、n型領域311に電気的に接続されている。 The cathode electrode 333 contacts the main surface 310B. The cathode electrode 333 is electrically connected to the n-type region 311.

第1ダイオード300は、p型領域315の周期パターンの単位となる複数の第2単位セル303を活性領域301内に含む。複数の第2単位セル303は、Y1-Y2方向を長手方向とし、X1-X2方向に並ぶ。 The first diode 300 includes a plurality of second unit cells 303 in the active region 301, which are units of the periodic pattern of the p-type region 315. The plurality of second unit cells 303 are arranged in the X1-X2 direction with the Y1-Y2 direction as the longitudinal direction.

終端領域302は、例えば平面形状が環状の領域であり、主面310Aの一部を構成する。終端領域302は、例えばアルミニウム等のp型不純物を含み、p型の導電型を有する。 The termination region 302 is, for example, a region having a circular planar shape, and constitutes a part of the main surface 310A. The termination region 302 contains p-type impurities such as aluminum, and has a p-type conductivity.

主面310Aのアノード電極332から露出した部分に、炭化珪素基板310の結晶方位を特定する標識319が設けられていてもよい。標識319は直接的に結晶方位を表示してもよい。例えば[11-20]がどの方向を向いているのかをミラー指数又は三角形等の図形を用いて表示してもよい。また、製品番号の向き等により炭化珪素基板310の結晶方位を間接的に表示してもよい。 A mark 319 specifying the crystal orientation of the silicon carbide substrate 310 may be provided on the portion of the main surface 310A exposed from the anode electrode 332. The mark 319 may directly indicate the crystal orientation. For example, the direction in which [11-20] faces may be indicated using Miller indices or a figure such as a triangle. The crystal orientation of the silicon carbide substrate 310 may also be indirectly indicated by the direction of the product number, etc.

第1ダイオード300では、アノード電極332とカソード電極333との間に電圧が印加されると、p型領域315の、下端面315Cと第1側端面315Aとが交わる第1隅部316A及び下端面315Cと第2側端面315Bとが交わる第2隅部316Bに電界が集中しやすい。 In the first diode 300, when a voltage is applied between the anode electrode 332 and the cathode electrode 333, an electric field tends to concentrate in the first corner 316A where the bottom end surface 315C and the first side end surface 315A of the p-type region 315 intersect, and in the second corner 316B where the bottom end surface 315C and the second side end surface 315B intersect.

〔第2トランジスタ400〕
次に、第2トランジスタ400について詳細に説明する。図7は、第1実施形態における第2トランジスタ400の単位セルを示す平面図であり、図8は、第1実施形態における第2トランジスタ400を示す断面図である。図8は、図7中のVIII-VIII線に沿った断面図に相当する。
[Second transistor 400]
Next, the second transistor 400 will be described in detail. Fig. 7 is a plan view showing a unit cell of the second transistor 400 in the first embodiment, and Fig. 8 is a cross-sectional view showing the second transistor 400 in the first embodiment. Fig. 8 corresponds to a cross-sectional view taken along line VIII-VIII in Fig. 7.

第2トランジスタ400は、主として、炭化珪素基板410と、ゲート電極431と、ソース電極432と、ドレイン電極433とを有する。 The second transistor 400 mainly has a silicon carbide substrate 410, a gate electrode 431, a source electrode 432, and a drain electrode 433.

炭化珪素基板410は、炭化珪素単結晶基板406と、炭化珪素単結晶基板406の上の炭化珪素エピタキシャル層407とを含む。炭化珪素基板410は、主面410Aと、主面410Aとは反対側の主面410Bとを有する。炭化珪素エピタキシャル層407が主面410Aを構成し、炭化珪素単結晶基板406が主面410Bを構成する。炭化珪素基板410の形状は、例えば直方体状である。主面410AはZ1-Z2方向に垂直な面である。<1-100>はY1-Y2方向に平行な方向である。炭化珪素単結晶基板406及び炭化珪素エピタキシャル層407は、例えばポリタイプ4Hの六方晶炭化珪素から構成されている。炭化珪素単結晶基板406は、例えば窒素等のn型不純物を含みn型を有する。炭化珪素基板410は第1半導体基板の一例であり、主面410Aは第1主面の一例である。 The silicon carbide substrate 410 includes a silicon carbide single crystal substrate 406 and a silicon carbide epitaxial layer 407 on the silicon carbide single crystal substrate 406. The silicon carbide substrate 410 has a main surface 410A and a main surface 410B opposite to the main surface 410A. The silicon carbide epitaxial layer 407 constitutes the main surface 410A, and the silicon carbide single crystal substrate 406 constitutes the main surface 410B. The shape of the silicon carbide substrate 410 is, for example, a rectangular parallelepiped. The main surface 410A is a surface perpendicular to the Z1-Z2 direction. <1-100> is a direction parallel to the Y1-Y2 direction. The silicon carbide single crystal substrate 406 and the silicon carbide epitaxial layer 407 are composed of, for example, hexagonal silicon carbide of polytype 4H. The silicon carbide single crystal substrate 406 contains n-type impurities such as nitrogen and has n-type. The silicon carbide substrate 410 is an example of a first semiconductor substrate, and the main surface 410A is an example of a first main surface.

主面410Aは、(0001)がオフ方向に傾斜した面である。例えば、オフ方向は[11-20]である。例えば、主面410Aは(0001)がオフ方向([11-20])に8°以下のオフ角だけ傾斜した面である。オフ角は、例えば1°以上であってもよいし、2°以上であってもよい。オフ角は、6°以下であってもよいし、4°以下であってもよい。 The main surface 410A is a surface in which (0001) is tilted in the off direction. For example, the off direction is [11-20]. For example, the main surface 410A is a surface in which (0001) is tilted in the off direction ([11-20]) at an off angle of 8° or less. The off angle may be, for example, 1° or more, or 2° or more. The off angle may be 6° or less, or 4° or less.

[11-20]は(0001)内の方位である。しかし、主面410Aが(0001)がオフ方向に傾斜した面であるため、[11-20]は主面410A内の方位ではない。X1方向は[11-20]を主面410Aに投影した方位に相当し、X2方向は[-1-120]を主面410Aに投影した方位に相当する。 [11-20] is an orientation within (0001). However, since the main surface 410A is a surface inclined in the off-direction from (0001), [11-20] is not an orientation within the main surface 410A. The X1 direction corresponds to the orientation of [11-20] projected onto the main surface 410A, and the X2 direction corresponds to the orientation of [-1-120] projected onto the main surface 410A.

第2トランジスタ400は、活性領域401と、活性領域401の周囲に設けられた終端領域402とを有する。 The second transistor 400 has an active region 401 and a termination region 402 disposed around the active region 401.

活性領域401において、炭化珪素エピタキシャル層207は、主として、ドリフト領域411と、ボディ領域412と、ソース領域413と、コンタクト領域414と、電界緩和領域415とを有する。 In the active region 401, the silicon carbide epitaxial layer 207 mainly has a drift region 411, a body region 412, a source region 413, a contact region 414, and an electric field relaxation region 415.

ドリフト領域411は、例えば窒素等のn型不純物を含み、n型の導電型を有する。ドリフト領域411は、主面410Bを構成する。ボディ領域412は、ドリフト領域411に接している。ボディ領域412は、例えばアルミニウム等のp型不純物を含み、p型の導電型を有する。ソース領域413は、ボディ領域412によってドリフト領域411から隔てられるようにボディ領域412上に設けられている。ソース領域413は、例えば窒素又はリン等のn型不純物を含み、n型の導電型を有する。ソース領域413は、主面410Aの一部を構成する。炭化珪素エピタキシャル層407がドリフト領域411の下にバッファ層を有してもよい。 The drift region 411 contains n-type impurities such as nitrogen and has n-type conductivity. The drift region 411 constitutes the main surface 410B. The body region 412 is in contact with the drift region 411. The body region 412 contains p-type impurities such as aluminum and has p-type conductivity. The source region 413 is provided on the body region 412 so as to be separated from the drift region 411 by the body region 412. The source region 413 contains n-type impurities such as nitrogen or phosphorus and has n-type conductivity. The source region 413 constitutes a part of the main surface 410A. The silicon carbide epitaxial layer 407 may have a buffer layer under the drift region 411.

主面410Aに、複数のゲートトレンチ420が設けられている。複数のゲートトレンチ420は、Y1-Y2方向に平行に延び、X1-X2方向に並んで配置されている。ゲートトレンチ420は、側面421と、底面422とにより規定されている。底面422は、側面421に連なっている。側面421は、ソース領域413及びボディ領域412を貫通している。側面421は、ドリフト領域411に至っている。底面422は、ドリフト領域411に位置している。底面422は、主面410Aとほぼ平行である。側面421は、ソース領域413、ボディ領域412及びドリフト領域411により構成されている。底面422は、ドリフト領域411により構成されている。 A plurality of gate trenches 420 are provided in the main surface 410A. The plurality of gate trenches 420 extend parallel to the Y1-Y2 direction and are arranged side by side in the X1-X2 direction. The gate trench 420 is defined by a side surface 421 and a bottom surface 422. The bottom surface 422 is continuous with the side surface 421. The side surface 421 penetrates the source region 413 and the body region 412. The side surface 421 reaches the drift region 411. The bottom surface 422 is located in the drift region 411. The bottom surface 422 is approximately parallel to the main surface 410A. The side surface 421 is composed of the source region 413, the body region 412, and the drift region 411. The bottom surface 422 is composed of the drift region 411.

ゲートトレンチ420内に、側面421及び底面422に接するゲート絶縁膜417が形成されている。ゲート絶縁膜417は、底面422においてドリフト領域411に接している。ゲート絶縁膜417は、側面421においてソース領域413、ボディ領域412及びドリフト領域411に接している。 A gate insulating film 417 is formed in the gate trench 420, contacting the side surface 421 and the bottom surface 422. The gate insulating film 417 contacts the drift region 411 at the bottom surface 422. The gate insulating film 417 contacts the source region 413, the body region 412, and the drift region 411 at the side surface 421.

ゲート電極431は、ゲート絶縁膜417上に設けられている。ゲート電極431は、例えば導電性不純物を含むポリシリコンから構成されている。ゲート電極431は、ゲートトレンチ420の内部に配置されている。ゲート電極431は、ソース領域413、ボディ領域412及びドリフト領域411に対面している。複数のゲート電極431は、Y1-Y2方向に平行に延び、X1-X2方向に並んで配置されている。Y1-Y2方向は第1方向の一例である。本実施形態では、炭化珪素基板410の<1-100>と第1方向とのなす第1角度が0°である。 The gate electrode 431 is provided on the gate insulating film 417. The gate electrode 431 is made of, for example, polysilicon containing conductive impurities. The gate electrode 431 is disposed inside the gate trench 420. The gate electrode 431 faces the source region 413, the body region 412, and the drift region 411. The multiple gate electrodes 431 extend parallel to the Y1-Y2 direction and are disposed side by side in the X1-X2 direction. The Y1-Y2 direction is an example of the first direction. In this embodiment, the first angle between the <1-100> of the silicon carbide substrate 410 and the first direction is 0°.

コンタクト領域414は、X1-X2方向で隣り合うゲートトレンチ420の間に、各ゲートトレンチ420の側面421から離れて、ソース領域413を貫通し、ボディ領域412に接するように設けられている。コンタクト領域414は、主面410Aの一部を構成する。コンタクト領域414は、例えばアルミニウム等のp型不純物を含み、p型の導電型を有する。 The contact region 414 is provided between adjacent gate trenches 420 in the X1-X2 direction, away from the side surface 421 of each gate trench 420, penetrating the source region 413, and in contact with the body region 412. The contact region 414 constitutes a part of the main surface 410A. The contact region 414 contains p-type impurities such as aluminum, and has a p-type conductivity.

電界緩和領域415は、X1-X2方向で隣り合うゲートトレンチ420の間に、各ゲートトレンチ420の側面421から離れて、ボディ領域412から主面410Bに向けて延びるように設けられている。電界緩和領域415は、例えばアルミニウム等のp型不純物を含み、p型の導電型を有する。電界緩和領域415は、下端面415Cと、第1側端面415Aと、第2側端面415Bとを有する。下端面415Cは、XY平面にほぼ平行である。第1側端面415A及び第2側端面415Bは、YZ平面にほぼ平行である。第1側端面415Aが第2側端面415BのX1側にある。下端面415C、第1側端面415A及び第2側端面415Bは、ドリフト領域411に接する。 The electric field relaxation region 415 is provided between adjacent gate trenches 420 in the X1-X2 direction, away from the side surface 421 of each gate trench 420, and extends from the body region 412 toward the main surface 410B. The electric field relaxation region 415 contains p-type impurities such as aluminum and has a p-type conductivity. The electric field relaxation region 415 has a lower end surface 415C, a first side end surface 415A, and a second side end surface 415B. The lower end surface 415C is approximately parallel to the XY plane. The first side end surface 415A and the second side end surface 415B are approximately parallel to the YZ plane. The first side end surface 415A is on the X1 side of the second side end surface 415B. The lower end surface 415C, the first side end surface 415A, and the second side end surface 415B are in contact with the drift region 411.

ゲートトレンチ420及びゲート電極431を覆うように層間絶縁膜435が設けられている。層間絶縁膜435に、ソース領域413の一部及びコンタクト領域414を露出するコンタクトホール436が形成されている。 An interlayer insulating film 435 is provided to cover the gate trench 420 and the gate electrode 431. A contact hole 436 is formed in the interlayer insulating film 435 to expose a part of the source region 413 and the contact region 414.

ソース電極432は、層間絶縁膜435の上に設けられており、コンタクトホール436を通じて主面410Aに接する。ソース電極432は、ソース領域413及びコンタクト領域414に電気的に接続されている。層間絶縁膜435は、ゲート電極431とソース電極432とを電気的に絶縁している。 The source electrode 432 is provided on the interlayer insulating film 435 and contacts the main surface 410A through a contact hole 436. The source electrode 432 is electrically connected to the source region 413 and the contact region 414. The interlayer insulating film 435 electrically insulates the gate electrode 431 and the source electrode 432.

ドレイン電極433は、主面410Bに接する。ドレイン電極433は、ドリフト領域411に電気的に接続されている。 The drain electrode 433 contacts the major surface 410B. The drain electrode 433 is electrically connected to the drift region 411.

第2トランジスタ400は、ゲートトレンチ420の周期パターンの単位となる複数の第1単位セル403を活性領域401内に含む。複数の第1単位セル403は、Y1-Y2方向を長手方向とし、X1-X2方向に並ぶ。 The second transistor 400 includes a plurality of first unit cells 403 in the active region 401, which are units of the periodic pattern of the gate trenches 420. The plurality of first unit cells 403 are arranged in the X1-X2 direction with the Y1-Y2 direction as the longitudinal direction.

終端領域402は、例えば平面形状が環状の領域であり、主面410Aの一部を構成する。終端領域402は、例えばアルミニウム等のp型不純物を含み、p型の導電型を有する。 The termination region 402 is, for example, a region having a circular planar shape, and constitutes a part of the main surface 410A. The termination region 402 contains p-type impurities such as aluminum, and has a p-type conductivity.

第2トランジスタ400では、ソース電極432とドレイン電極433との間に電圧が印加されると、電界緩和領域415の、下端面415Cと第1側端面415Aとが交わる第1隅部416A及び下端面415Cと第2側端面415Bとが交わる第2隅部416Bに電界が集中しやすい。 In the second transistor 400, when a voltage is applied between the source electrode 432 and the drain electrode 433, the electric field tends to concentrate in the electric field relaxation region 415 at the first corner 416A where the bottom end surface 415C intersects with the first side end surface 415A and at the second corner 416B where the bottom end surface 415C intersects with the second side end surface 415B.

〔第2ダイオード500〕
次に、第2ダイオード500について詳細に説明する。第2ダイオード500は、JBS構造を有するショットキーバリアダイオードである。図9は、第1実施形態における第2ダイオード500の単位セルを示す図であり、図10は、第1実施形態における第2ダイオード500を示す断面図である。図10は、図9中のX-X線に沿った断面図に相当する。
[Second Diode 500]
Next, the second diode 500 will be described in detail. The second diode 500 is a Schottky barrier diode having a JBS structure. Fig. 9 is a diagram showing a unit cell of the second diode 500 in the first embodiment, and Fig. 10 is a cross-sectional view showing the second diode 500 in the first embodiment. Fig. 10 corresponds to a cross-sectional view taken along line XX in Fig. 9.

第2ダイオード500は、主として、炭化珪素基板510と、アノード電極532と、カソード電極533とを有する。 The second diode 500 mainly has a silicon carbide substrate 510, an anode electrode 532, and a cathode electrode 533.

炭化珪素基板510は、炭化珪素単結晶基板506と、炭化珪素単結晶基板506の上の炭化珪素エピタキシャル層507とを含む。炭化珪素基板510は、主面510Aと、主面510Aとは反対側の主面510Bとを有する。炭化珪素エピタキシャル層507が主面510Aを構成し、炭化珪素単結晶基板506が主面510Bを構成する。炭化珪素基板510の形状は、例えば直方体状である。主面510AはZ1-Z2方向に垂直な面である。<1-100>はY1-Y2方向に平行な方向である。炭化珪素単結晶基板506及び炭化珪素エピタキシャル層507は、例えばポリタイプ4Hの六方晶炭化珪素から構成されている。炭化珪素単結晶基板506は、例えば窒素等のn型不純物を含みn型を有する。炭化珪素基板510は第2半導体基板の一例であり、主面510Aは第2主面の一例である。 The silicon carbide substrate 510 includes a silicon carbide single crystal substrate 506 and a silicon carbide epitaxial layer 507 on the silicon carbide single crystal substrate 506. The silicon carbide substrate 510 has a main surface 510A and a main surface 510B opposite to the main surface 510A. The silicon carbide epitaxial layer 507 constitutes the main surface 510A, and the silicon carbide single crystal substrate 506 constitutes the main surface 510B. The shape of the silicon carbide substrate 510 is, for example, a rectangular parallelepiped. The main surface 510A is a surface perpendicular to the Z1-Z2 direction. <1-100> is a direction parallel to the Y1-Y2 direction. The silicon carbide single crystal substrate 506 and the silicon carbide epitaxial layer 507 are composed of, for example, hexagonal silicon carbide of polytype 4H. The silicon carbide single crystal substrate 506 contains n-type impurities such as nitrogen and has an n-type. The silicon carbide substrate 510 is an example of a second semiconductor substrate, and the main surface 510A is an example of a second main surface.

主面510Aは、(0001)がオフ方向に傾斜した面である。例えば、オフ方向は[11-20]である。例えば、主面510Aは(0001)がオフ方向([11-20])に8°以下のオフ角だけ傾斜した面である。オフ角は、例えば1°以上であってもよいし、2°以上であってもよい。オフ角は、6°以下であってもよいし、4°以下であってもよい。 The main surface 510A is a surface in which (0001) is tilted in the off direction. For example, the off direction is [11-20]. For example, the main surface 510A is a surface in which (0001) is tilted in the off direction ([11-20]) at an off angle of 8° or less. The off angle may be, for example, 1° or more, or 2° or more. The off angle may be 6° or less, or 4° or less.

[11-20]は(0001)内の方位である。しかし、主面510Aが(0001)がオフ方向に傾斜した面であるため、[11-20]は主面510A内の方位ではない。X1方向は[11-20]を主面510Aに投影した方位に相当し、X2方向は[-1-120]を主面510Aに投影した方位に相当する。 [11-20] is an orientation within (0001). However, since the main surface 510A is a surface inclined in the off-direction from (0001), [11-20] is not an orientation within the main surface 510A. The X1 direction corresponds to the orientation of [11-20] projected onto the main surface 510A, and the X2 direction corresponds to the orientation of [-1-120] projected onto the main surface 510A.

第2ダイオード500は、活性領域501と、活性領域501の周囲に設けられた終端領域502とを有する。 The second diode 500 has an active region 501 and a termination region 502 disposed around the active region 501.

活性領域501において、炭化珪素エピタキシャル層507は、主として、n型領域511と、複数のp型領域515とを有する。 In the active region 501, the silicon carbide epitaxial layer 507 mainly has an n-type region 511 and multiple p-type regions 515.

n型領域511は、例えば窒素等のn型不純物を含み、n型の導電型を有する。n型領域511は、主面510Bを構成し、主面510Aの一部を構成する。n型領域511は第1半導体領域の一例である。 The n-type region 511 contains n-type impurities such as nitrogen and has n-type conductivity. The n-type region 511 constitutes the main surface 510B and constitutes a part of the main surface 510A. The n-type region 511 is an example of a first semiconductor region.

複数のp型領域515は、主面510Aに設けられている。p型領域515は、主面510Aの一部を構成する。複数のp型領域515は、Y1-Y2方向に平行に延び、X1-X2方向に並んで配置されている。p型領域515は、例えばアルミニウム等のp型不純物を含み、p型の導電型を有する。p型領域515は、下端面515Cと、第1側端面515Aと、第2側端面515Bとを有する。下端面515Cは、XY平面にほぼ平行である。第1側端面515A及び第2側端面515Bは、YZ平面にほぼ平行である。第1側端面515Aが第2側端面515BのX1側にある。下端面515C、第1側端面515A及び第2側端面515Bは、n型領域511に接する。p型領域515は第2導電型の半導体領域の一例である。Y1-Y2方向は第2方向の一例である。本実施形態では、炭化珪素基板510の<1-100>と第2方向とのなす第2角度が0°である。 A plurality of p-type regions 515 are provided on the main surface 510A. The p-type regions 515 constitute a part of the main surface 510A. The plurality of p-type regions 515 extend parallel to the Y1-Y2 direction and are arranged side by side in the X1-X2 direction. The p-type regions 515 contain p-type impurities such as aluminum and have a p-type conductivity. The p-type regions 515 have a lower end surface 515C, a first side end surface 515A, and a second side end surface 515B. The lower end surface 515C is approximately parallel to the XY plane. The first side end surface 515A and the second side end surface 515B are approximately parallel to the YZ plane. The first side end surface 515A is on the X1 side of the second side end surface 515B. The lower end surface 515C, the first side end surface 515A, and the second side end surface 515B are in contact with the n-type region 511. The p-type region 515 is an example of a semiconductor region of a second conductivity type. The Y1-Y2 direction is an example of a second direction. In this embodiment, the second angle between the <1-100> of the silicon carbide substrate 510 and the second direction is 0°.

アノード電極532は、主面510Aに接する。アノード電極532は、n型領域511及びp型領域515に電気的に接続されている。 The anode electrode 532 contacts the main surface 510A. The anode electrode 532 is electrically connected to the n-type region 511 and the p-type region 515.

カソード電極533は、主面510Bに接する。カソード電極533は、n型領域511に電気的に接続されている。 The cathode electrode 533 contacts the main surface 510B. The cathode electrode 533 is electrically connected to the n-type region 511.

第2ダイオード500は、p型領域515の周期パターンの単位となる複数の第2単位セル503を活性領域501内に含む。複数の第2単位セル503は、Y1-Y2方向を長手方向とし、X1-X2方向に並ぶ。 The second diode 500 includes a plurality of second unit cells 503 in the active region 501, which are units of the periodic pattern of the p-type region 515. The plurality of second unit cells 503 are arranged in the X1-X2 direction with the Y1-Y2 direction as the longitudinal direction.

終端領域502は、例えば平面形状が環状の領域であり、主面510Aの一部を構成する。終端領域502は、例えばアルミニウム等のp型不純物を含み、p型の導電型を有する。 The termination region 502 is, for example, a region having a circular planar shape, and constitutes a part of the main surface 510A. The termination region 502 contains p-type impurities such as aluminum, and has a p-type conductivity.

主面510Aのアノード電極532から露出した部分に、炭化珪素基板510の結晶方位を特定する標識519が設けられていてもよい。標識519は直接的に結晶方位を表示してもよい。例えば[11-20]がどの方向を向いているのかをミラー指数又は三角形等の図形を用いて表示してもよい。また、製品番号の向き等により炭化珪素基板510の結晶方位を間接的に表示してもよい。 A mark 519 for specifying the crystal orientation of the silicon carbide substrate 510 may be provided on the portion of the main surface 510A exposed from the anode electrode 532. The mark 519 may directly indicate the crystal orientation. For example, the direction in which [11-20] faces may be indicated using Miller indices or a figure such as a triangle. The crystal orientation of the silicon carbide substrate 510 may also be indirectly indicated by the direction of the product number, etc.

第2ダイオード500では、アノード電極532とカソード電極533との間に電圧が印加されると、p型領域515の、下端面515Cと第1側端面515Aとが交わる第1隅部516A及び下端面515Cと第2側端面515Bとが交わる第2隅部516Bに電界が集中しやすい。 In the second diode 500, when a voltage is applied between the anode electrode 532 and the cathode electrode 533, an electric field tends to concentrate in the first corner 516A where the lower end surface 515C and the first side end surface 515A of the p-type region 515 intersect, and in the second corner 516B where the lower end surface 515C and the second side end surface 515B intersect.

〔第1実施形態の作用効果〕
ここで、第1実施形態の作用効果について説明する。
[Functions and Effects of the First Embodiment]
Here, the effects of the first embodiment will be described.

上アーム181では、絶縁基板123に第1トランジスタ200及び第1ダイオード300が実装され、第1トランジスタ200と第1ダイオード300とが、筐体122内で互いに並列に接続されている。このため、第1トランジスタ200の温度が動作により上昇すれば、第1ダイオード300の温度も上昇する。一般に、トランジスタの絶縁破壊電圧及びショットキーバリアダイオードの絶縁破壊電圧は温度依存性を有し、温度が高くなるに伴って絶縁破壊電圧が高くなる。絶縁破壊電圧の温度依存性は、炭化珪素の結晶方位に依存する。 In the upper arm 181, the first transistor 200 and the first diode 300 are mounted on the insulating substrate 123, and the first transistor 200 and the first diode 300 are connected in parallel to each other within the housing 122. Therefore, if the temperature of the first transistor 200 rises due to operation, the temperature of the first diode 300 also rises. In general, the breakdown voltage of a transistor and the breakdown voltage of a Schottky barrier diode have temperature dependence, and the breakdown voltage increases as the temperature increases. The temperature dependence of the breakdown voltage depends on the crystal orientation of the silicon carbide.

一般に、炭化珪素は絶縁破壊強度に異方性を有する。例えば、電界の強さが同等であれば、<11-20>に電界が印加された場合と、<1-100>に電界が印加された場合とを比較すると、前者において絶縁破壊が生じやすい。 Generally, silicon carbide has anisotropy in dielectric breakdown strength. For example, if the strength of the electric field is the same, dielectric breakdown is more likely to occur when the electric field is applied to <11-20> than when the electric field is applied to <1-100>.

従って、第1トランジスタ200では、ドリフト領域211と電界緩和領域215の第1側端面215A及び第2側端面215Bとのpn接合界面において絶縁破壊が生じやすい。更に、第1トランジスタ200では、<11-20>が主面210Aに非平行であるため、ドリフト領域211と第2側端面215Bのpn接合界面において、ドリフト領域211と第1側端面215Aとのpn接合界面よりも絶縁破壊が生じやすい。 Therefore, in the first transistor 200, dielectric breakdown is more likely to occur at the pn junction interfaces between the drift region 211 and the first side end surface 215A and the second side end surface 215B of the electric field relaxation region 215. Furthermore, in the first transistor 200, since the <11-20> is non-parallel to the main surface 210A, dielectric breakdown is more likely to occur at the pn junction interface between the drift region 211 and the second side end surface 215B than at the pn junction interface between the drift region 211 and the first side end surface 215A.

また、第1ダイオード300では、n型領域311とp型領域の第1側端面315A及び第2側端面315Bとのpn接合界面において絶縁破壊が生じやすい。更に、第1ダイオード300では、<11-20>が主面310Aに非平行であるため、n型領域311と第2側端面315Bのpn接合界面において、n型領域311と第1側端面315Aとのpn接合界面よりも絶縁破壊が生じやすい。 In addition, in the first diode 300, dielectric breakdown is more likely to occur at the pn junction interface between the n-type region 311 and the first and second side end faces 315A and 315B of the p-type region. Furthermore, in the first diode 300, since the <11-20> is non-parallel to the main surface 310A, dielectric breakdown is more likely to occur at the pn junction interface between the n-type region 311 and the second side end face 315B than at the pn junction interface between the n-type region 311 and the first side end face 315A.

上述のように、第1トランジスタ200では、ソース電極232とドレイン電極233との間に電圧が印加されると、電界緩和領域215の第1隅部216A及び第2隅部216Bに電界が集中しやすい。また、ゲート電極231及び電界緩和領域215はY1-Y2方向(<1-100>)に平行に延びており、第1隅部216A及び第2隅部216BもY1-Y2方向(<1-100>)に平行に延びている。 As described above, in the first transistor 200, when a voltage is applied between the source electrode 232 and the drain electrode 233, an electric field tends to concentrate at the first corner 216A and the second corner 216B of the electric field relaxation region 215. In addition, the gate electrode 231 and the electric field relaxation region 215 extend parallel to the Y1-Y2 direction (<1-100>), and the first corner 216A and the second corner 216B also extend parallel to the Y1-Y2 direction (<1-100>).

このように、第1トランジスタ200では、第1隅部216A及び第2隅部216Bは、電集中が生じやすい部分であるとともに、絶縁破壊しやすい部分である。そして、第1隅部216A及び第2隅部216BがY1-Y2方向の広範囲にわたって存在している。従って、第1トランジスタ200では、第1隅部216A及び第2隅部216BがX1-X2方向に平行に延びている場合と比較して、絶縁破壊が生じやすい。 Thus, in the first transistor 200, the first corner portion 216A and the second corner portion 216B are portions where electric field concentration is likely to occur and where dielectric breakdown is likely to occur. The first corner portion 216A and the second corner portion 216B are present over a wide range in the Y1-Y2 direction. Therefore, in the first transistor 200, dielectric breakdown is more likely to occur than in a case where the first corner portion 216A and the second corner portion 216B extend parallel to the X1-X2 direction.

第1ダイオード300では、アノード電極332とカソード電極333との間に電圧が印加されると、p型領域315の第1隅部316A及び第2隅部316Bに電界が集中しやすい。また、p型領域315はY1-Y2方向(<1-100>)に平行に延びており、第1隅部316A及び第2隅部316BもY1-Y2方向(<1-100>)に平行に延びている。 In the first diode 300, when a voltage is applied between the anode electrode 332 and the cathode electrode 333, an electric field tends to concentrate at the first corner 316A and the second corner 316B of the p-type region 315. In addition, the p-type region 315 extends parallel to the Y1-Y2 direction (<1-100>), and the first corner 316A and the second corner 316B also extend parallel to the Y1-Y2 direction (<1-100>).

このように、第1ダイオード300では、第1隅部316A及び第2隅部316Bは、電集中が生じやすい部分であるとともに、絶縁破壊しやすい部分である。そして、第1隅部316A及び第2隅部316BがY1-Y2方向の広範囲にわたって存在している。従って、第1ダイオード300では、第1隅部316A及び第2隅部316BがX1-X2方向に平行に延びている場合と比較して、絶縁破壊が生じやすい。 Thus, in the first diode 300, the first corner 316A and the second corner 316B are portions where electric field concentration is likely to occur and where dielectric breakdown is likely to occur. The first corner 316A and the second corner 316B are present over a wide range in the Y1-Y2 direction. Therefore, in the first diode 300, dielectric breakdown is more likely to occur than in a case where the first corner 316A and the second corner 316B extend parallel to the X1-X2 direction.

従って、温度上昇により第1トランジスタ200の絶縁破壊電圧が上昇するとき、第1ダイオード300の絶縁破壊電圧も温度上昇により、第1トランジスタ200と同様の傾向で上昇する。このため、温度上昇に伴う上アーム181の誘導負荷アバランシェ耐量のばらつきを制御できる。 Therefore, when the breakdown voltage of the first transistor 200 increases due to a rise in temperature, the breakdown voltage of the first diode 300 also increases due to the rise in temperature in a similar manner to that of the first transistor 200. This makes it possible to control the variation in the inductive load avalanche resistance of the upper arm 181 that accompanies a rise in temperature.

また、筐体122内に複数の上アーム181が設けられている場合には、複数の上アーム181の間での温度上昇に伴う誘導負荷アバランシェ耐量のばらつきを制御できる。 In addition, if multiple upper arms 181 are provided within the housing 122, the variation in the inductive load avalanche resistance caused by temperature rise among the multiple upper arms 181 can be controlled.

下アーム182では、絶縁基板123に第2トランジスタ400及び第2ダイオード500が実装され、第2トランジスタ400と第2ダイオード500とが、筐体122内で互いに並列に接続されている。このため、第2トランジスタ400の温度が動作により上昇すれば、第2ダイオード500の温度も上昇する。 In the lower arm 182, the second transistor 400 and the second diode 500 are mounted on the insulating substrate 123, and the second transistor 400 and the second diode 500 are connected in parallel to each other inside the housing 122. Therefore, if the temperature of the second transistor 400 rises due to operation, the temperature of the second diode 500 also rises.

また、第2トランジスタ400では、第1トランジスタ200と同様の理由で、第1隅部416A及び第2隅部416Bは、電集中が生じやすい部分であるとともに、絶縁破壊しやすい部分である。そして、第1隅部416A及び第2隅部416BがY1-Y2方向の広範囲にわたって存在している。従って、第2トランジスタ400では、第1隅部416A及び第2隅部416BがX1-X2方向に平行に延びている場合と比較して、絶縁破壊が生じやすい。 In the second transistor 400, the first corner portion 416A and the second corner portion 416B are portions where electric field concentration is likely to occur and where dielectric breakdown is likely to occur, for the same reasons as in the first transistor 200. The first corner portion 416A and the second corner portion 416B are present over a wide range in the Y1-Y2 direction. Therefore, in the second transistor 400, dielectric breakdown is more likely to occur than in a case where the first corner portion 416A and the second corner portion 416B extend parallel to the X1-X2 direction.

また、第2ダイオード500では、第1ダイオード300と同様の理由で、第1隅部516A及び第2隅部516Bは、電集中が生じやすい部分であるとともに、絶縁破壊しやすい部分である。そして、第1隅部516A及び第2隅部516BがY1-Y2方向の広範囲にわたって存在している。従って、第2ダイオード500では、第1隅部516A及び第2隅部516BがX1-X2方向に平行に延びている場合と比較して、絶縁破壊が生じやすい。 In the second diode 500, the first corner 516A and the second corner 516B are portions where electric field concentration is likely to occur and where dielectric breakdown is likely to occur, for the same reasons as in the first diode 300. The first corner 516A and the second corner 516B are present over a wide range in the Y1-Y2 direction. Therefore, in the second diode 500, dielectric breakdown is more likely to occur than in a case where the first corner 516A and the second corner 516B extend parallel to the X1-X2 direction.

従って、温度上昇により第2トランジスタ400の絶縁破壊電圧が上昇するとき、第2ダイオード500の絶縁破壊電圧も温度上昇により、第2トランジスタ400と同様の傾向で上昇する。このため、温度上昇に伴う下アーム182の誘導負荷アバランシェ耐量のばらつきを制御できる。 Therefore, when the breakdown voltage of the second transistor 400 increases due to a rise in temperature, the breakdown voltage of the second diode 500 also increases due to a rise in temperature in a similar manner to that of the second transistor 400. This makes it possible to control the variation in the inductive load avalanche resistance of the lower arm 182 that accompanies a rise in temperature.

また、筐体122内に複数の下アーム182が設けられている場合には、複数の下アーム182の間での温度上昇に伴う誘導負荷アバランシェ耐量のばらつきを制御できる。 In addition, if multiple lower arms 182 are provided within the housing 122, the variation in the inductive load avalanche resistance caused by temperature rise between the multiple lower arms 182 can be controlled.

上アーム181及び下アーム182のいずれにおいても誘導負荷アバランシェ耐量を向上できるため、半導体モジュール100をパワーモジュールとして使用し、パワーモジュールの誘導負荷アバランシェ耐量のばらつきを制御できる。 Since the inductive load avalanche resistance can be improved in both the upper arm 181 and the lower arm 182, the semiconductor module 100 can be used as a power module to control the variation in the inductive load avalanche resistance of the power module.

炭化珪素基板210、310、410及び510が用いられているため、高い絶縁破壊電圧を得やすい。また、上述のように、炭化珪素は絶縁破壊強度に異方性を有するが、基板の結晶方位に応じた構造とすることで、誘導負荷アバランシェ耐量のばらつきを制御しやすい。 Since silicon carbide substrates 210, 310, 410, and 510 are used, it is easy to obtain a high breakdown voltage. Also, as mentioned above, silicon carbide has anisotropy in its breakdown strength, but by making the structure according to the crystal orientation of the substrate, it is easy to control the variation in the inductive load avalanche resistance.

標識319、519が設けられている場合、炭化珪素基板310、510の結晶方位を考慮しながら第1ダイオード300、第2ダイオード500を絶縁基板123等に実装しやすくできる。なお、標識319、519は炭化珪素基板310、510ではなくアノード電極332、532に設けられていてもよい。 When the markers 319, 519 are provided, the first diode 300 and the second diode 500 can be easily mounted on the insulating substrate 123, etc., while taking into account the crystal orientation of the silicon carbide substrates 310, 510. Note that the markers 319, 519 may be provided on the anode electrodes 332, 532 instead of the silicon carbide substrates 310, 510.

第1実施形態において、第1角度は0°でなくてもよいが、好ましくは10°以下であり、より好ましくは5°以下である。第1角度の0°からのずれが大きくなると、ボディ領域212,412のチャネルとして機能する部分における電子のチャネル移動度が低下するおそれがあるためである。 In the first embodiment, the first angle does not have to be 0°, but is preferably 10° or less, and more preferably 5° or less. If the first angle deviates too much from 0°, the channel mobility of electrons in the portion of the body region 212, 412 that functions as a channel may decrease.

また、第2角度は0°でなくてもよいが、好ましくは10°以下であり、より好ましくは5°以下である。第2角度と第1角度との差が大きくなると、第1トランジスタ200及び第1ダイオード300の絶縁破壊電圧の温度特性が揃いにくくなったり、第2トランジスタ400及び第2ダイオード500の絶縁破壊電圧の温度特性が揃いにくくなったりし、誘導負荷アバランシェ耐量のばらつきを制御しにくくなるおそれがあるためである。 The second angle does not have to be 0°, but is preferably 10° or less, and more preferably 5° or less. If the difference between the second angle and the first angle becomes large, it may become difficult to align the temperature characteristics of the breakdown voltage of the first transistor 200 and the first diode 300, or it may become difficult to align the temperature characteristics of the breakdown voltage of the second transistor 400 and the second diode 500, which may make it difficult to control the variation in the inductive load avalanche resistance.

(第2実施形態)
第2実施形態について説明する。第2実施形態は、第1トランジスタ、第1ダイオード、第2トランジスタ及び第2ダイオードの構成の点で第1実施形態と相違する。すなわち、第2実施形態に係る半導体装置は、第1トランジスタ200、第1ダイオード300、第2トランジスタ400及び第2ダイオード500に代えて、下記の第1トランジスタ600、第1ダイオード700、第2トランジスタ800及び第2ダイオード900を有する。
Second Embodiment
A second embodiment will be described. The second embodiment differs from the first embodiment in the configurations of the first transistor, the first diode, the second transistor, and the second diode. That is, the semiconductor device according to the second embodiment has a first transistor 600, a first diode 700, a second transistor 800, and a second diode 900 instead of the first transistor 200, the first diode 300, the second transistor 400, and the second diode 500.

〔第1トランジスタ600〕
まず、第2実施形態における第1トランジスタ600について詳細に説明する。図11は、第2実施形態における第1トランジスタ600の単位セルを示す図であり、図12は、第2実施形態における第1トランジスタ600を示す断面図である。図12は、図11中のXII-XII線に沿った断面図に相当する。
[First transistor 600]
First, the first transistor 600 in the second embodiment will be described in detail. Fig. 11 is a diagram showing a unit cell of the first transistor 600 in the second embodiment, and Fig. 12 is a cross-sectional view showing the first transistor 600 in the second embodiment. Fig. 12 corresponds to a cross-sectional view taken along line XII-XII in Fig. 11.

第1トランジスタ600は、第1トランジスタ200と同様に、主として、炭化珪素基板210と、ゲート電極231と、ソース電極232と、ドレイン電極233とを有する。 The first transistor 600, like the first transistor 200, mainly has a silicon carbide substrate 210, a gate electrode 231, a source electrode 232, and a drain electrode 233.

第2実施形態では、複数のゲートトレンチ220が、X1-X2方向に平行に延び、Y1-YX2方向に並んで配置されている。また、複数のゲート電極231が、X1-X2方向に平行に延び、Y1-Y2方向に並んで配置されている。X1-X2方向は第1方向の一例である。本実施形態では、炭化珪素基板210の<1-100>と第1方向とのなす第1角度が90°である。 In the second embodiment, a plurality of gate trenches 220 extend parallel to the X1-X2 direction and are arranged side by side in the Y1-YX2 direction. A plurality of gate electrodes 231 extend parallel to the X1-X2 direction and are arranged side by side in the Y1-Y2 direction. The X1-X2 direction is an example of a first direction. In this embodiment, the first angle between the <1-100> of the silicon carbide substrate 210 and the first direction is 90°.

電界緩和領域215は、Y1-Y2方向で隣り合うゲートトレンチ220の間に、各ゲートトレンチ220の側面221から離れて、ボディ領域212から主面210Bに向けて延びるように設けられている。下端面215Cは、XY平面にほぼ平行である。第1側端面215A及び第2側端面215Bは、ZX平面にほぼ平行である。第1側端面215Aが第2側端面215BのY1側にある。 The electric field relaxation region 215 is provided between adjacent gate trenches 220 in the Y1-Y2 direction, away from the side surface 221 of each gate trench 220, and extends from the body region 212 toward the main surface 210B. The bottom end surface 215C is approximately parallel to the XY plane. The first side end surface 215A and the second side end surface 215B are approximately parallel to the ZX plane. The first side end surface 215A is on the Y1 side of the second side end surface 215B.

第1トランジスタ600は、ゲートトレンチ220の周期パターンの単位となる複数の第1単位セル603を活性領域201内に含む。複数の第1単位セル603は、X1-X2方向を長手方向とし、Y1-Y2方向に並ぶ。 The first transistor 600 includes a plurality of first unit cells 603 in the active region 201, which are units of the periodic pattern of the gate trenches 220. The plurality of first unit cells 603 are arranged in the Y1-Y2 direction with the X1-X2 direction as the longitudinal direction.

他の構成は第1トランジスタ200と同様である。 The other configuration is the same as that of the first transistor 200.

〔第1ダイオード700〕
次に、第2実施形態における第1ダイオード700について詳細に説明する。図13は、第2実施形態における第1ダイオード700の単位セルを示す図であり、図14は、第2実施形態における第1ダイオード700を示す断面図である。図14は、図13中のXIV-XIV線に沿った断面図に相当する。
[First Diode 700]
Next, the first diode 700 in the second embodiment will be described in detail. Fig. 13 is a diagram showing a unit cell of the first diode 700 in the second embodiment, and Fig. 14 is a cross-sectional view showing the first diode 700 in the second embodiment. Fig. 14 corresponds to a cross-sectional view taken along line XIV-XIV in Fig. 13.

第1ダイオード700は、第1ダイオード300と同様に、主として、炭化珪素基板310と、アノード電極332と、カソード電極333とを有する。 The first diode 700, like the first diode 300, mainly has a silicon carbide substrate 310, an anode electrode 332, and a cathode electrode 333.

第2実施形態では、複数のp型領域315が、X1-X2方向に平行に延び、Y1-Y2方向に並んで配置されている。下端面315Cは、XY平面にほぼ平行である。第1側端面315A及び第2側端面315Bは、ZX平面にほぼ平行である。第1側端面315Aが第2側端面315BのY1側にある。X1-X2方向は第2方向の一例である。本実施形態では、炭化珪素基板310の<1-100>と第2方向とのなす第2角度が90°である。 In the second embodiment, multiple p-type regions 315 extend parallel to the X1-X2 direction and are arranged side by side in the Y1-Y2 direction. The bottom end face 315C is approximately parallel to the XY plane. The first side end face 315A and the second side end face 315B are approximately parallel to the ZX plane. The first side end face 315A is on the Y1 side of the second side end face 315B. The X1-X2 direction is an example of the second direction. In this embodiment, the second angle between the <1-100> of the silicon carbide substrate 310 and the second direction is 90°.

第1ダイオード700は、p型領域315の周期パターンの単位となる複数の第2単位セル703を活性領域301内に含む。複数の第2単位セル703は、X1-X2方向を長手方向とし、Y1-Y2方向に並ぶ。 The first diode 700 includes a plurality of second unit cells 703 in the active region 301, which are units of the periodic pattern of the p-type region 315. The plurality of second unit cells 703 are arranged in the Y1-Y2 direction with the X1-X2 direction as the longitudinal direction.

他の構成は第1ダイオード300と同様である。 The other configuration is the same as that of the first diode 300.

〔第2トランジスタ800〕
次に、第2実施形態における第2トランジスタ800について詳細に説明する。図15は、第2実施形態における第2トランジスタ800の単位セルを示す図であり、図16は、第2実施形態における第2トランジスタ800を示す断面図である。図16は、図15中のXVI-XVI線に沿った断面図に相当する。
[Second transistor 800]
Next, the second transistor 800 in the second embodiment will be described in detail. Fig. 15 is a diagram showing a unit cell of the second transistor 800 in the second embodiment, and Fig. 16 is a cross-sectional view showing the second transistor 800 in the second embodiment. Fig. 16 corresponds to a cross-sectional view taken along line XVI-XVI in Fig. 15.

第2トランジスタ800は、第2トランジスタ400と同様に、主として、炭化珪素基板410と、ゲート電極431と、ソース電極432と、ドレイン電極433とを有する。 The second transistor 800, like the second transistor 400, mainly has a silicon carbide substrate 410, a gate electrode 431, a source electrode 432, and a drain electrode 433.

第2実施形態では、複数のゲートトレンチ420が、X1-X2方向に平行に延び、Y1-YX2方向に並んで配置されている。また、複数のゲート電極431が、X1-X2方向に平行に延び、Y1-Y2方向に並んで配置されている。X1-X2方向は第1方向の一例である。本実施形態では、炭化珪素基板410の<1-100>と第1方向とのなす第1角度が90°である。 In the second embodiment, a plurality of gate trenches 420 extend parallel to the X1-X2 direction and are arranged side by side in the Y1-YX2 direction. A plurality of gate electrodes 431 extend parallel to the X1-X2 direction and are arranged side by side in the Y1-Y2 direction. The X1-X2 direction is an example of a first direction. In this embodiment, the first angle between the <1-100> of the silicon carbide substrate 410 and the first direction is 90°.

電界緩和領域415は、Y1-Y2方向で隣り合うゲートトレンチ420の間に、各ゲートトレンチ420の側面421から離れて、ボディ領域412から主面410Bに向けて延びるように設けられている。下端面415Cは、XY平面にほぼ平行である。第1側端面415A及び第2側端面415Bは、ZX平面にほぼ平行である。第1側端面415Aが第2側端面415BのY1側にある。 The electric field relaxation region 415 is provided between adjacent gate trenches 420 in the Y1-Y2 direction, away from the side surface 421 of each gate trench 420, and extends from the body region 412 toward the main surface 410B. The bottom end surface 415C is approximately parallel to the XY plane. The first side end surface 415A and the second side end surface 415B are approximately parallel to the ZX plane. The first side end surface 415A is on the Y1 side of the second side end surface 415B.

第2トランジスタ800は、ゲートトレンチ420の周期パターンの単位となる複数の第1単位セル803を活性領域401内に含む。複数の第1単位セル803は、X1-X2方向を長手方向とし、Y1-Y2方向に並ぶ。 The second transistor 800 includes a plurality of first unit cells 803 in the active region 401, which are units of the periodic pattern of the gate trenches 420. The plurality of first unit cells 803 are arranged in the Y1-Y2 direction with the X1-X2 direction as the longitudinal direction.

他の構成は第2トランジスタ400と同様である。 The other configuration is the same as that of the second transistor 400.

〔第2ダイオード900〕
次に、第2実施形態における第2ダイオード900について詳細に説明する。図17は、第2実施形態における第2ダイオード900の単位セルを示す図であり、図18は、第2実施形態における第2ダイオード900を示す断面図である。図18は、図17中のXVIII-XVIII線に沿った断面図に相当する。
[Second Diode 900]
Next, the second diode 900 in the second embodiment will be described in detail. Fig. 17 is a diagram showing a unit cell of the second diode 900 in the second embodiment, and Fig. 18 is a cross-sectional view showing the second diode 900 in the second embodiment. Fig. 18 corresponds to a cross-sectional view taken along line XVIII-XVIII in Fig. 17.

第2ダイオード900は、第2ダイオード500と同様に、主として、炭化珪素基板510と、アノード電極532と、カソード電極533とを有する。 The second diode 900, like the second diode 500, mainly has a silicon carbide substrate 510, an anode electrode 532, and a cathode electrode 533.

第2実施形態では、複数のp型領域515が、X1-X2方向に平行に延び、Y1-Y2方向に並んで配置されている。下端面515Cは、XY平面にほぼ平行である。第1側端面515A及び第2側端面515Bは、ZX平面にほぼ平行である。第1側端面515Aが第2側端面515BのY1側にある。X1-X2方向は第2方向の一例である。本実施形態では、炭化珪素基板510の<1-100>と第2方向とのなす第2角度が90°である。 In the second embodiment, multiple p-type regions 515 extend parallel to the X1-X2 direction and are arranged side by side in the Y1-Y2 direction. The bottom end face 515C is approximately parallel to the XY plane. The first side end face 515A and the second side end face 515B are approximately parallel to the ZX plane. The first side end face 515A is on the Y1 side of the second side end face 515B. The X1-X2 direction is an example of the second direction. In this embodiment, the second angle between the <1-100> of the silicon carbide substrate 510 and the second direction is 90°.

第2ダイオード900は、p型領域515の周期パターンの単位となる複数の第2単位セル903を活性領域501内に含む。複数の第2単位セル903は、X1-X2方向を長手方向とし、Y1-Y2方向に並ぶ。 The second diode 900 includes a plurality of second unit cells 903 in the active region 501, which are units of the periodic pattern of the p-type region 515. The plurality of second unit cells 903 are arranged in the Y1-Y2 direction with the X1-X2 direction as the longitudinal direction.

他の構成は第2ダイオード500と同様である。 The other configuration is the same as that of the second diode 500.

〔第2実施形態の作用効果〕
ここで、第2実施形態の作用効果について説明する。
[Functions and Effects of the Second Embodiment]
Here, the effects of the second embodiment will be described.

上述のように、電界の強さが同等であれば、<11-20>に電界が印加された場合と、<1-100>に電界が印加された場合とを比較すると、前者において絶縁破壊が生じやすい。 As mentioned above, if the electric field strength is the same, when an electric field is applied to <11-20>, insulation breakdown is more likely to occur when the electric field is applied to <1-100>.

第1トランジスタ600では、第1隅部216A及び第2隅部216Bは、電集中が生じやすい部分であるが、絶縁破壊しにくい部分である。そして、第1隅部216A及び第2隅部216BがX1-X2方向の広範囲にわたって存在している。従って、第1トランジスタ200では、第1隅部216A及び第2隅部216BがY1-Y2方向に平行に延びている場合と比較して、絶縁破壊が生じにくい。 In the first transistor 600, the first corner 216A and the second corner 216B are portions where electric field concentration is likely to occur, but are also portions where dielectric breakdown is unlikely to occur. The first corner 216A and the second corner 216B are present over a wide range in the X1-X2 direction. Therefore, in the first transistor 200, dielectric breakdown is unlikely to occur compared to a case where the first corner 216A and the second corner 216B extend parallel to the Y1-Y2 direction.

また、第1ダイオード700では、第1隅部316A及び第2隅部316Bは、電集中が生じやすい部分であるが、絶縁破壊しにくい部分である。そして、第1隅部316A及び第2隅部316BがX1-X2方向の広範囲にわたって存在している。従って、第1ダイオード300では、第1隅部316A及び第2隅部316BがY1-Y2方向に平行に延びている場合と比較して、絶縁破壊が生じにくい。 In the first diode 700, the first corner 316A and the second corner 316B are portions where electric field concentration is likely to occur, but are also portions where dielectric breakdown is unlikely to occur. The first corner 316A and the second corner 316B are present over a wide range in the X1-X2 direction. Therefore, in the first diode 300, dielectric breakdown is unlikely to occur compared to a case where the first corner 316A and the second corner 316B extend parallel to the Y1-Y2 direction.

従って、温度上昇により第1トランジスタ600の絶縁破壊電圧が上昇するとき、第1ダイオード700の絶縁破壊電圧も温度上昇により、第1トランジスタ600と同様の傾向で上昇する。このため、温度上昇に伴う上アーム181の誘導負荷アバランシェ耐量のばらつきを制御できる。 Therefore, when the breakdown voltage of the first transistor 600 increases due to a rise in temperature, the breakdown voltage of the first diode 700 also increases due to a rise in temperature in a similar manner to that of the first transistor 600. This makes it possible to control the variation in the inductive load avalanche resistance of the upper arm 181 that accompanies a rise in temperature.

また、筐体122内に複数の上アーム181が設けられている場合には、複数の上アーム181の間での温度上昇に伴う誘導負荷アバランシェ耐量のばらつきを制御できる。 In addition, if multiple upper arms 181 are provided within the housing 122, the variation in the inductive load avalanche resistance caused by temperature rise among the multiple upper arms 181 can be controlled.

また、第2トランジスタ800では、第1隅部416A及び第2隅部416Bは、電集中が生じやすい部分であるが、絶縁破壊しにくい部分である。そして、第1隅部416A及び第2隅部416BがX1-X2方向の広範囲にわたって存在している。従って、第2トランジスタ800では、第1隅部416A及び第2隅部416BがY1-Y2方向に平行に延びている場合と比較して、絶縁破壊が生じにくい。 In the second transistor 800, the first corner 416A and the second corner 416B are portions where electric field concentration is likely to occur, but are also portions where dielectric breakdown is unlikely to occur. The first corner 416A and the second corner 416B are present over a wide range in the X1-X2 direction. Therefore, in the second transistor 800, dielectric breakdown is unlikely to occur compared to a case where the first corner 416A and the second corner 416B extend parallel to the Y1-Y2 direction.

また、第2ダイオード900では、第1隅部516A及び第2隅部516Bは、電集中が生じやすい部分であるが、絶縁破壊しにくい部分である。そして、第1隅部516A及び第2隅部516BがX1-X2方向の広範囲にわたって存在している。従って、第2ダイオード900では、第1隅部516A及び第2隅部516BがY1-Y2方向に平行に延びている場合と比較して、絶縁破壊が生じにくい。 In the second diode 900, the first corner 516A and the second corner 516B are portions where electric field concentration is likely to occur, but are also portions where dielectric breakdown is unlikely to occur. The first corner 516A and the second corner 516B are present over a wide range in the X1-X2 direction. Therefore, in the second diode 900, dielectric breakdown is unlikely to occur compared to a case where the first corner 516A and the second corner 516B extend parallel to the Y1-Y2 direction.

従って、温度上昇により第2トランジスタ800の絶縁破壊電圧が上昇するとき、第2ダイオード900の絶縁破壊電圧も温度上昇により、第2トランジスタ800と同様の傾向で上昇する。このため、温度上昇に伴う下アーム182の誘導負荷アバランシェ耐量のばらつきを制御できる。 Therefore, when the breakdown voltage of the second transistor 800 increases due to a rise in temperature, the breakdown voltage of the second diode 900 also increases due to a rise in temperature in a similar manner to that of the second transistor 800. This makes it possible to control the variation in the inductive load avalanche resistance of the lower arm 182 that accompanies a rise in temperature.

また、筐体122内に複数の下アーム182が設けられている場合には、複数の下アーム182の間での温度上昇に伴う誘導負荷アバランシェ耐量のばらつきを制御できる。 In addition, if multiple lower arms 182 are provided within the housing 122, the variation in the inductive load avalanche resistance caused by temperature rise between the multiple lower arms 182 can be controlled.

第2実施形態において、第1角度は90°でなくてもよいが、好ましくは80°以上100°以下であり、より好ましくは85°以上95°以下である。第1角度の90°からのずれが大きくなると、ボディ領域212,412のチャネルとして機能する部分における電子のチャネル移動度が低下するおそれがあるためである。 In the second embodiment, the first angle does not have to be 90°, but is preferably 80° to 100°, and more preferably 85° to 95°. If the first angle deviates too much from 90°, the channel mobility of electrons in the portion of the body region 212, 412 that functions as a channel may decrease.

また、第2角度は90°でなくてもよいが、好ましくは80°以上100°以下であり、より好ましくは85°以上95°以下である。第2角度と第1角度との差が大きくなると、第1トランジスタ600及び第1ダイオード700の絶縁破壊電圧の温度特性が揃いにくくなったり、第2トランジスタ800及び第2ダイオード900の絶縁破壊電圧の温度特性が揃いにくくなったりし、誘導負荷アバランシェ耐量のばらつきを制御しにくくなるおそれがあるためである。 The second angle does not have to be 90°, but is preferably 80° to 100°, and more preferably 85° to 95°. If the difference between the second angle and the first angle becomes large, it may become difficult to align the temperature characteristics of the breakdown voltage of the first transistor 600 and the first diode 700, or the temperature characteristics of the breakdown voltage of the second transistor 800 and the second diode 900, which may make it difficult to control the variation in the inductive load avalanche resistance.

複数の第1トランジスタ200,600が1個の第1ダイオード300,700に並列に接続されていてもよく、複数の第2トランジスタ400,800が1個の第2ダイオード500,900に並列に接続されていてもよい。これらの場合、それぞれ、上アーム181、下アーム182を流れる電流を増加させられる。 Multiple first transistors 200, 600 may be connected in parallel to one first diode 300, 700, and multiple second transistors 400, 800 may be connected in parallel to one second diode 500, 900. In these cases, the current flowing through the upper arm 181 and the lower arm 182 can be increased, respectively.

複数の第1ダイオード300,700が1個の第1トランジスタ200,600に並列に接続されていてもよく、複数の第2ダイオード500,900が1個の第2トランジスタ400,800に並列に接続されていてもよい。これらの場合、それぞれ、上アーム181、下アーム182において、電流を還流させやすくなる。 Multiple first diodes 300, 700 may be connected in parallel to a single first transistor 200, 600, and multiple second diodes 500, 900 may be connected in parallel to a single second transistor 400, 800. In these cases, it becomes easier to reflux current in the upper arm 181 and the lower arm 182, respectively.

また、複数の第1トランジスタ200,600と複数の第1ダイオード300,700とが互いに並列に接続されていてもよく、複数の第2トランジスタ400,800と複数の第2ダイオード500,900とが互いに並列に接続されていてもよい。 In addition, the multiple first transistors 200, 600 and the multiple first diodes 300, 700 may be connected in parallel to each other, and the multiple second transistors 400, 800 and the multiple second diodes 500, 900 may be connected in parallel to each other.

本開示において、半導体基板として窒化ガリウム基板又は酸化ガリウム基板等が用いられてもよい。 In the present disclosure, a gallium nitride substrate or a gallium oxide substrate may be used as the semiconductor substrate.

第1トランジスタ200,600と第1ダイオード300,700との間の絶縁破壊電圧の差は、好ましくは100V以下であり、より好ましくは80V以下であり、更に好ましくは60V以下である。絶縁破壊電圧の差が小さいほど、第1トランジスタ200,600及び第1ダイオード300,700の両方にアバランシェ電流が流れやすいためである。 The difference in breakdown voltage between the first transistor 200, 600 and the first diode 300, 700 is preferably 100 V or less, more preferably 80 V or less, and even more preferably 60 V or less. This is because the smaller the difference in breakdown voltage, the easier it is for avalanche current to flow through both the first transistor 200, 600 and the first diode 300, 700.

同様に、第2トランジスタ400,800と第2ダイオード500,900との間の絶縁破壊電圧の差は、好ましくは100V以下であり、より好ましくは80V以下であり、更に好ましくは60V以下である。絶縁破壊電圧の差が小さいほど、第2トランジスタ400,800及び第2ダイオード500,900の両方にアバランシェ電流が流れやすいためである。 Similarly, the difference in breakdown voltage between the second transistor 400, 800 and the second diode 500, 900 is preferably 100 V or less, more preferably 80 V or less, and even more preferably 60 V or less. This is because the smaller the difference in breakdown voltage, the easier it is for avalanche current to flow through both the second transistor 400, 800 and the second diode 500, 900.

第1ダイオード300,700の絶縁破壊電圧が第1トランジスタ200,600の絶縁破壊電圧よりも高いことが好ましく、第2ダイオード500,900の絶縁破壊電圧が第2トランジスタ400,800の絶縁破壊電圧よりも高いことが好ましい。この場合、第1トランジスタ200,600の絶縁破壊電圧と第1ダイオード300,700の絶縁破壊電圧との差を小さくしやすく、第2トランジスタ400,800の絶縁破壊電圧と第2ダイオード500,900の絶縁破壊電圧との差を小さくしやすい。 It is preferable that the breakdown voltage of the first diodes 300, 700 is higher than the breakdown voltage of the first transistors 200, 600, and the breakdown voltage of the second diodes 500, 900 is higher than the breakdown voltage of the second transistors 400, 800. In this case, it is easy to reduce the difference between the breakdown voltage of the first transistors 200, 600 and the breakdown voltage of the first diodes 300, 700, and it is easy to reduce the difference between the breakdown voltage of the second transistors 400, 800 and the breakdown voltage of the second diodes 500, 900.

第1トランジスタ200,600の絶縁破壊電圧、第1ダイオード300,700の絶縁破壊電圧、第2トランジスタ400,800の絶縁破壊電圧及び第2ダイオード500,900の絶縁破壊電圧は、好ましくは600V以上であり、より好ましくは700V以上であり、更に好ましくは800V以上である。耐圧の向上により、多くの用途に用いることができる。 The breakdown voltage of the first transistors 200 and 600, the breakdown voltage of the first diodes 300 and 700, the breakdown voltage of the second transistors 400 and 800, and the breakdown voltage of the second diodes 500 and 900 are preferably 600 V or more, more preferably 700 V or more, and even more preferably 800 V or more. The improved breakdown voltage allows for use in many applications.

なお、本開示において、絶縁破壊電圧とは、電流密度が10mA/cmの電流が逆方向に流れるときの電圧をいう。図19は、破壊特性を示す図である。図19の横軸は逆方向電圧を示し、縦軸は逆方向電流の電流密度を示す。図19に示すように、トランジスタ及びショットキーバリアダイオードでは、逆方向電圧の増加につれて逆方向電流が増加し、逆方向電圧がある値を超えると、逆方向電流が急激に増加する。10mA/cmの電流密度は、概ね、逆方向電流が急激に増加しているときの電圧に対応する。 In the present disclosure, the breakdown voltage refers to the voltage when a current with a current density of 10 mA/ cm2 flows in the reverse direction. FIG. 19 is a diagram showing breakdown characteristics. The horizontal axis of FIG. 19 indicates the reverse voltage, and the vertical axis indicates the current density of the reverse current. As shown in FIG. 19, in a transistor and a Schottky barrier diode, the reverse current increases as the reverse voltage increases, and when the reverse voltage exceeds a certain value, the reverse current increases rapidly. A current density of 10 mA/cm2 roughly corresponds to the voltage when the reverse current increases rapidly.

第1トランジスタ200,600と、第1ダイオード300,700との間の距離は、好ましくは1.0cm以下であり、より好ましくは0.8cm以下である。第1トランジスタ200,600と、第1ダイオード300,700との間の距離が短いほど、集積度を高められる。また、この距離が短いほど、第1トランジスタ200,600で発生した熱により第1ダイオード300,700の温度も上昇しやすくなるが、誘導負荷アバランシェ耐量のばらつきを制御できる。2以上の第1トランジスタ200,600が設けられていたり、2以上の第1ダイオード300,700が設けられていたりする場合には、第1トランジスタ200,600と、第1ダイオード300,700との間の最も短い距離が、好ましくは1.0cm以下であり、より好ましくは0.8cm以下である。 The distance between the first transistor 200, 600 and the first diode 300, 700 is preferably 1.0 cm or less, and more preferably 0.8 cm or less. The shorter the distance between the first transistor 200, 600 and the first diode 300, 700, the higher the integration density. In addition, the shorter this distance, the easier it is for the temperature of the first diode 300, 700 to rise due to the heat generated by the first transistor 200, 600, but the variation in the inductive load avalanche resistance can be controlled. When two or more first transistors 200, 600 are provided or when two or more first diodes 300, 700 are provided, the shortest distance between the first transistor 200, 600 and the first diode 300, 700 is preferably 1.0 cm or less, and more preferably 0.8 cm or less.

同様に、第2トランジスタ400,800と、第2ダイオード500,900との間の距離は、好ましくは1.0cm以下であり、より好ましくは0.8cm以下である。2以上の第2トランジスタ400,800が設けられていたり、2以上の第2ダイオード500,900が設けられていたりする場合には、第2トランジスタ400,800と、第2ダイオード500,900との間の最も短い距離が、好ましくは1.0cm以下であり、より好ましくは0.8cm以下である。 Similarly, the distance between the second transistor 400, 800 and the second diode 500, 900 is preferably 1.0 cm or less, more preferably 0.8 cm or less. When two or more second transistors 400, 800 are provided or when two or more second diodes 500, 900 are provided, the shortest distance between the second transistor 400, 800 and the second diode 500, 900 is preferably 1.0 cm or less, more preferably 0.8 cm or less.

第1トランジスタ200において、Y1-Y2方向を長手方向とする第1単位セルが、Y1-Y2方向に複数並んでいてもよい。図20は、第1実施形態における第1トランジスタ200の変形例の単位セルを示す図である。この変形例では、Y1-Y2方向を長手方向とする複数の第1単位セル204がY1-Y2方向に並んで配置されている。また、Y1-Y2方向に並ぶ複数の第1単位セル204から構成されるグループがX1-X2方向に複数並んで配置されている。 In the first transistor 200, a plurality of first unit cells having the Y1-Y2 direction as their longitudinal direction may be arranged in the Y1-Y2 direction. FIG. 20 is a diagram showing a unit cell of a modified example of the first transistor 200 in the first embodiment. In this modified example, a plurality of first unit cells 204 having the Y1-Y2 direction as their longitudinal direction are arranged in the Y1-Y2 direction. In addition, a plurality of groups each made up of a plurality of first unit cells 204 arranged in the Y1-Y2 direction are arranged in the X1-X2 direction.

第2トランジスタ400においても、同様に、Y1-Y2方向を長手方向とする第1単位セルが、Y1-Y2方向に複数並んでいてもよい。 Similarly, in the second transistor 400, multiple first unit cells having the Y1-Y2 direction as the longitudinal direction may be arranged in the Y1-Y2 direction.

また、第1ダイオード300において、Y1-Y2方向を長手方向とする第2単位セルが、Y1-Y2方向に複数並んでいてもよい。図21は、第1実施形態における第1ダイオード300の変形例の単位セルを示す図である。この変形例では、Y1-Y2方向を長手方向とする複数の第2単位セル304がY1-Y2方向に並んで配置されている。また、Y1-Y2方向に並ぶ複数の第2単位セル304から構成されるグループがX1-X2方向に複数並んで配置されている。 In the first diode 300, a plurality of second unit cells having the Y1-Y2 direction as their longitudinal direction may be arranged in the Y1-Y2 direction. FIG. 21 is a diagram showing a unit cell of a modified example of the first diode 300 in the first embodiment. In this modified example, a plurality of second unit cells 304 having the Y1-Y2 direction as their longitudinal direction are arranged in the Y1-Y2 direction. In addition, a plurality of groups each made up of a plurality of second unit cells 304 arranged in the Y1-Y2 direction are arranged in the X1-X2 direction.

第2ダイオード500においても、同様に、Y1-Y2方向を長手方向とする第2単位セルが、Y1-Y2方向に複数並んでいてもよい。 Similarly, in the second diode 500, multiple second unit cells having the Y1-Y2 direction as the longitudinal direction may be arranged in the Y1-Y2 direction.

第1トランジスタ600において、X1-X2方向を長手方向とする第1単位セルが、X1-X2方向に複数並んでいてもよい。図22は、第2実施形態における第1トランジスタ600の変形例の単位セルを示す図である。この変形例では、X1-X2方向を長手方向とする複数の第1単位セル604がX1-X2方向に並んで配置されている。また、X1-X2方向に並ぶ複数の第1単位セル604から構成されるグループがY1-Y2方向に複数並んで配置されている。 In the first transistor 600, a plurality of first unit cells having the X1-X2 direction as their longitudinal direction may be arranged in the X1-X2 direction. FIG. 22 is a diagram showing a unit cell of a modified example of the first transistor 600 in the second embodiment. In this modified example, a plurality of first unit cells 604 having the X1-X2 direction as their longitudinal direction are arranged in the X1-X2 direction. In addition, a plurality of groups each made up of a plurality of first unit cells 604 arranged in the X1-X2 direction are arranged in the Y1-Y2 direction.

第2トランジスタ800においても、同様に、X1-X2方向を長手方向とする第1単位セルが、X1-X2方向に複数並んでいてもよい。 Similarly, in the second transistor 800, multiple first unit cells with the X1-X2 direction as the longitudinal direction may be arranged in the X1-X2 direction.

また、第1ダイオード700において、X1-X2方向を長手方向とする第2単位セルが、X1-X2方向に複数並んでいてもよい。図23は、第2実施形態における第1ダイオード700の変形例の単位セルを示す図である。この変形例では、X1-X2方向を長手方向とする複数の第2単位セル704がX1-X2方向に並んで配置されている。また、X1-X2方向に並ぶ複数の第2単位セル704から構成されるグループがY1-Y2方向に複数並んで配置されている。 In the first diode 700, a plurality of second unit cells having the X1-X2 direction as their longitudinal direction may be arranged in the X1-X2 direction. FIG. 23 is a diagram showing a unit cell of a modified example of the first diode 700 in the second embodiment. In this modified example, a plurality of second unit cells 704 having the X1-X2 direction as their longitudinal direction are arranged in the X1-X2 direction. In addition, a plurality of groups each made up of a plurality of second unit cells 704 arranged in the X1-X2 direction are arranged in the Y1-Y2 direction.

第2ダイオード900においても、同様に、X1-X2方向を長手方向とする第2単位セルが、X1-X2方向に複数並んでいてもよい。 Similarly, in the second diode 900, multiple second unit cells having the X1-X2 direction as the longitudinal direction may be arranged in the X1-X2 direction.

以上、実施形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。 Although the embodiments have been described in detail above, the present invention is not limited to the specific embodiments, and various modifications and variations are possible within the scope of the claims.

100:半導体モジュール
101:P端子
102:N端子
103:O端子
111:第1導電パターン
112:第2導電パターン
113:第3導電パターン
114:導電層
116、117、118、119:接合材
121:放熱板
122:筐体
123:絶縁基板
161、162、171、172:ボンディングワイヤ
181:上アーム
182:下アーム
191、192:側壁部
193、194:端壁部
200:第1トランジスタ
201:活性領域
202:終端領域
203、204:第1単位セル
206:炭化珪素単結晶基板
207:炭化珪素エピタキシャル層
210:炭化珪素基板(第1半導体基板)
210A:主面(第1主面)
210B:主面
211:ドリフト領域
212:ボディ領域
213:ソース領域
214:コンタクト領域
215:電界緩和領域
215A:第1側端面
215B:第2側端面
215C:下端面
216A:第1隅部
216B:第2隅部
217:ゲート絶縁膜
220:ゲートトレンチ
221:側面
222:底面
231:ゲート電極
232:ソース電極
233:ドレイン電極
235:層間絶縁膜
236:コンタクトホール
300:第1ダイオード
301:活性領域
302:終端領域
303、304:第2単位セル
306:炭化珪素単結晶基板
307:炭化珪素エピタキシャル層
310:炭化珪素基板(第2半導体基板)
310A:主面(第2主面)
310B:主面
311:n型領域(第1半導体領域)
315:p型領域(第2半導体領域)
315A:第1側端面
315B:第2側端面
315C:下端面
316A:第1隅部
316B:第2隅部
319:標識
332:アノード電極
333:カソード電極
400:第2トランジスタ
401:活性領域
402:終端領域
403:第1単位セル
406:炭化珪素単結晶基板
407:炭化珪素エピタキシャル層
410:炭化珪素基板(第1半導体領域))
410A:主面(第1主面)
410B:主面
411:ドリフト領域
412:ボディ領域
413:ソース領域
414:コンタクト領域
415:電界緩和領域
415A:第1側端面
415B:第2側端面
415C:下端面
416A:第1隅部
416B:第2隅部
417:ゲート絶縁膜
420:ゲートトレンチ
421:側面
422:底面
431:ゲート電極
432:ソース電極
433:ドレイン電極
435:層間絶縁膜
436:コンタクトホール
500:第2ダイオード
501:活性領域
502:終端領域
503:第2単位セル
506:炭化珪素単結晶基板
507:炭化珪素エピタキシャル層
510:炭化珪素基板(第2半導体基板)
510A:主面(第2主面)
510B:主面
511:n型領域(第1半導体領域)
515:p型領域(第2半導体領域)
515A:第1側端面
515B:第2側端面
515C:下端面
516A:第1隅部
516B:第2隅部
519:標識
532:アノード電極
533:カソード電極
600:第1トランジスタ
603、604:第1単位セル
700:第1ダイオード
703、704:第2単位セル
800:第2トランジスタ
803:第1単位セル
900:第2ダイオード
903:第2単位セル
100: Semiconductor module 101: P terminal 102: N terminal 103: O terminal 111: First conductive pattern 112: Second conductive pattern 113: Third conductive pattern 114: Conductive layers 116, 117, 118, 119: Bonding material 121: Heat sink 122: Housing 123: Insulating substrate 161, 162, 171, 172: Bonding wire 181: Upper arm 182: Lower arm 191, 192: Side wall portion 193, 194: End wall portion 200: First transistor 201: Active region 202: Termination region 203, 204: First unit cell 206: Silicon carbide single crystal substrate 207: Silicon carbide epitaxial layer 210: Silicon carbide substrate (first semiconductor substrate)
210A: Main surface (first main surface)
210B: Main surface 211: Drift region 212: Body region 213: Source region 214: Contact region 215: Electric field relaxation region 215A: First side end surface 215B: Second side end surface 215C: Lower end surface 216A: First corner portion 216B: Second corner portion 217: Gate insulating film 220: Gate trench 221: Side surface 222: Bottom surface 231: Gate electrode 232: Source electrode 233: Drain electrode 235: Interlayer insulating film 236: Contact hole 300: First diode 301: Active region 302: Termination region 303, 304: Second unit cell 306: Silicon carbide single crystal substrate 307: Silicon carbide epitaxial layer 310: Silicon carbide substrate (second semiconductor substrate)
310A: Main surface (second main surface)
310B: Main surface 311: n-type region (first semiconductor region)
315: p-type region (second semiconductor region)
315A: first side end surface 315B: second side end surface 315C: bottom end surface 316A: first corner portion 316B: second corner portion 319: sign 332: anode electrode 333: cathode electrode 400: second transistor 401: active region 402: termination region 403: first unit cell 406: silicon carbide single crystal substrate 407: silicon carbide epitaxial layer 410: silicon carbide substrate (first semiconductor region)
410A: Main surface (first main surface)
410B: Main surface 411: Drift region 412: Body region 413: Source region 414: Contact region 415: Electric field relaxation region 415A: First side end surface 415B: Second side end surface 415C: Lower end surface 416A: First corner portion 416B: Second corner portion 417: Gate insulating film 420: Gate trench 421: Side surface 422: Bottom surface 431: Gate electrode 432: Source electrode 433: Drain electrode 435: Interlayer insulating film 436: Contact hole 500: Second diode 501: Active region 502: Termination region 503: Second unit cell 506: Silicon carbide single crystal substrate 507: Silicon carbide epitaxial layer 510: Silicon carbide substrate (second semiconductor substrate)
510A: Main surface (second main surface)
510B: Main surface 511: n-type region (first semiconductor region)
515: p-type region (second semiconductor region)
515A: first side end surface 515B: second side end surface 515C: bottom end surface 516A: first corner portion 516B: second corner portion 519: sign 532: anode electrode 533: cathode electrode 600: first transistor 603, 604: first unit cell 700: first diode 703, 704: second unit cell 800: second transistor 803: first unit cell 900: second diode 903: second unit cell

Claims (16)

トランジスタと、
前記トランジスタに並列に接続されたショットキーバリアダイオードと、
を有し、
前記トランジスタは、
第1主面と、前記第1主面とは反対の第2主面とを備えた第1半導体基板と、
複数のゲート電極と、
を有し、
前記第1半導体基板は、
第1導電型のドリフト領域と、
前記ドリフト領域の上に設けられた第2導電型のボディ領域と、
前記ドリフト領域から隔てられるように前記ボディ領域の上に設けられた前記第1導電型のソース領域と、
前記ボディ領域と接続され、少なくとも一部が前記ドリフト領域に接する、複数の前記第2導電型の電界緩和領域と、
を有し、
前記第1主面に、前記ソース領域および前記ボディ領域を貫通して前記ドリフト領域に至る側面と、前記側面と連なる底面とを備えた複数のゲートトレンチが形成され、
前記ゲート電極の少なくとも一部は前記ゲートトレンチの内部にあり、
前記電界緩和領域は、前記第1主面に垂直な上面視で、隣り合う前記ゲートトレンチの間にあり、
前記ゲート電極および前記電界緩和領域は、前記第1半導体基板の<1-100>とのなす角度が第1角度の第1方向に延び、
前記電界緩和領域は、第1側端面と、前記第1側端面とは反対の第2側端面と、前記第1側端面および前記第2側端面と連なる第1下端面と、を有し、
前記第1側端面、前記第2側端面および前記第1下端面は前記ドリフト領域に接し、
前記ショットキーバリアダイオードは、
主面を備えた第2半導体基板を有し、
前記第2半導体基板は、
前記第主面を構成する前記第1導電型の第1半導体領域と、
前記第主面に形成された前記第2導電型の第2半導体領域と、
を有し、
前記第2半導体領域は、前記第2半導体基板の<1-100>とのなす角度が第2角度の第2方向に延び、
前記第2半導体領域は、第3側端面と、前記第3側端面とは反対の第4側端面と、前記第3側端面および前記第4側端面と連なる第2下端面と、を有し、
前記第3側端面、前記第4側端面および前記第2下端面は前記第1半導体領域に接し、
前記第1角度と前記第2角度との差が10°以下である半導体装置。
A transistor;
a Schottky barrier diode connected in parallel to the transistor;
having
The transistor is
a first semiconductor substrate having a first major surface and a second major surface opposite the first major surface ;
A plurality of gate electrodes;
having
The first semiconductor substrate is
a drift region of a first conductivity type;
a body region of a second conductivity type provided on the drift region;
a source region of the first conductivity type provided on the body region so as to be separated from the drift region;
a plurality of electric field relaxation regions of the second conductivity type connected to the body region and at least a portion of which contacts the drift region;
having
a plurality of gate trenches are formed in the first main surface, the gate trenches having side surfaces penetrating the source region and the body region to reach the drift region and bottom surfaces continuous with the side surfaces;
at least a portion of the gate electrode is within the gate trench;
the electric field relaxation region is located between adjacent ones of the gate trenches in a top view perpendicular to the first main surface,
the gate electrode and the electric field relief region extend in a first direction that forms a first angle with a <1-100> plane of the first semiconductor substrate;
the electric field reduction region has a first side end surface, a second side end surface opposite to the first side end surface, and a first lower end surface connected to the first side end surface and the second side end surface,
the first side end surface, the second side end surface, and the first lower end surface are in contact with the drift region;
The Schottky barrier diode is
a second semiconductor substrate having a third major surface;
The second semiconductor substrate is
a first semiconductor region of the first conductivity type constituting the third major surface;
a second semiconductor region of the second conductivity type formed on the third major surface;
having
the second semiconductor region extends in a second direction that forms a second angle with a <1-100> plane of the second semiconductor substrate;
the second semiconductor region has a third side end surface, a fourth side end surface opposite to the third side end surface, and a second lower end surface continuous with the third side end surface and the fourth side end surface,
the third side end surface, the fourth side end surface and the second lower end surface are in contact with the first semiconductor region,
A semiconductor device in which the difference between the first angle and the second angle is 10° or less.
前記第1角度が10°以下であり、
前記第2角度が10°以下である請求項1に記載の半導体装置。
the first angle is less than or equal to 10 degrees;
The semiconductor device according to claim 1 , wherein the second angle is equal to or smaller than 10°.
前記第1角度が80°以上100°以下であり、
前記第2角度が80°以上100°以下である請求項1に記載の半導体装置。
The first angle is equal to or greater than 80° and equal to or less than 100°,
The semiconductor device according to claim 1 , wherein the second angle is equal to or greater than 80° and equal to or less than 100°.
前記トランジスタを複数有し、
前記トランジスタが前記ショットキーバリアダイオードに複数並列に接続されている請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の半導体装置。
The transistor is provided in a plurality of layers.
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein a plurality of the transistors are connected in parallel to the Schottky barrier diode.
前記ショットキーバリアダイオードを複数有し、
前記ショットキーバリアダイオードが前記トランジスタに複数並列に接続されている請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の半導体装置。
The Schottky barrier diode includes a plurality of the Schottky barrier diodes,
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein a plurality of the Schottky barrier diodes are connected in parallel to the transistor.
上アームと、
前記上アームに直列に接続された下アームと、
を有し、
前記上アームは、前記トランジスタと前記ショットキーバリアダイオードとの第1組み合わせを含み、
前記下アームは、前記トランジスタと前記ショットキーバリアダイオードとの第2組み合わせを含む請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の半導体装置。
An upper arm;
A lower arm connected in series to the upper arm;
having
the upper arm includes a first combination of the transistor and the Schottky barrier diode;
The semiconductor device according to claim 1 , wherein the lower arm includes a second combination of the transistor and the Schottky barrier diode.
前記ショットキーバリアダイオードは、前記第2半導体基板の結晶方位を特定する標識を有する請求項1から請求項6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 6, wherein the Schottky barrier diode has a mark that identifies the crystal orientation of the second semiconductor substrate. 前記第1半導体基板及び前記第2半導体基板は炭化珪素基板である請求項1から請求項7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 7, wherein the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate are silicon carbide substrates. 前記トランジスタは、前記第1方向を長手方向とする複数の第1単位セルを有し、
前記ショットキーバリアダイオードは、前記第2方向を長手方向とする複数の第2単位セルを有する請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の半導体装置。
the transistor has a plurality of first unit cells whose longitudinal direction is the first direction,
9. The semiconductor device according to claim 1, wherein the Schottky barrier diode includes a plurality of second unit cells each having a longitudinal direction aligned in the second direction.
前記トランジスタと前記ショットキーバリアダイオードとの間の絶縁破壊電圧の差が100V以下である請求項1から請求項9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 9, wherein the difference in breakdown voltage between the transistor and the Schottky barrier diode is 100 V or less. 前記ショットキーバリアダイオードの絶縁破壊電圧が、前記トランジスタの絶縁破壊電圧よりも高い請求項1から請求項10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 10, wherein the breakdown voltage of the Schottky barrier diode is higher than the breakdown voltage of the transistor. 前記トランジスタの絶縁破壊電圧及び前記ショットキーバリアダイオードの絶縁破壊電圧は600V以上である請求項1から請求項11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 11, wherein the breakdown voltage of the transistor and the breakdown voltage of the Schottky barrier diode are 600 V or more. 前記トランジスタ及び前記ショットキーバリアダイオードを収容する筐体を有する請求項1から請求項12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 12, comprising a housing that houses the transistor and the Schottky barrier diode. 前記トランジスタ及び前記ショットキーバリアダイオードが実装された絶縁基板を有する請求項1から請求項13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 13, comprising an insulating substrate on which the transistor and the Schottky barrier diode are mounted. 1又は2以上の前記トランジスタと、1又は2以上の前記ショットキーバリアダイオードとの間の最も短い距離は1.0cm以下である請求項1から請求項14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 14, wherein the shortest distance between one or more of the transistors and one or more of the Schottky barrier diodes is 1.0 cm or less. 前記電界緩和領域は、前記ボディ領域から前記第2主面に向けて延びる請求項1から請求項15のいずれか1項に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 1 , wherein the electric field relief region extends from the body region toward the second main surface.
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