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JP7831395B2 - Semiconductor circuit manufacturing method - Google Patents
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JP7831395B2 - Semiconductor circuit manufacturing method - Google Patents

Semiconductor circuit manufacturing method

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JP7831395B2
JP7831395B2 JP2023080913A JP2023080913A JP7831395B2 JP 7831395 B2 JP7831395 B2 JP 7831395B2 JP 2023080913 A JP2023080913 A JP 2023080913A JP 2023080913 A JP2023080913 A JP 2023080913A JP 7831395 B2 JP7831395 B2 JP 7831395B2
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Description

本開示は、炭化珪素(以下「SiC」ともいう)半導体装置を用いた半導体回路の製造方法に関する。 This disclosure relates to a method for manufacturing semiconductor circuits using silicon carbide (hereinafter also referred to as "SiC") semiconductor devices.

従来より、半導体回路に備えられるスイッチング素子としてMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistorの略称)が形成されたSiC半導体装置がある。このSiC半導体装置は、例えば、n型のSiC基板を用いて形成されている。SiC基板上には、SiC基板よりも低不純物濃度とされたn型のバッファ層が形成され、バッファ層上に、バッファ層よりも低不純物濃度とされたn型のドリフト層が形成されている。また、ドリフト層上には、p型のベース層が配置され、ベース層の表層部には、n型のソース領域が形成されている。そして、ソース領域およびベース層を貫通してドリフト層に達するように複数のトレンチが形成されており、各トレンチには、ゲート絶縁膜およびゲート電極が順に形成されている。 Conventionally, there are SiC semiconductor devices in which MOSFETs (abbreviation for Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) are formed as switching elements for semiconductor circuits. This SiC semiconductor device is formed, for example, using an n + type SiC substrate. An n- type buffer layer with a lower impurity concentration than the SiC substrate is formed on the SiC substrate, and an n- type drift layer with a lower impurity concentration than the buffer layer is formed on the buffer layer. A p- type base layer is placed on the drift layer, and an n + type source region is formed on the surface of the base layer. Multiple trenches are formed so as to penetrate the source region and the base layer and reach the drift layer, and a gate insulating film and a gate electrode are formed sequentially in each trench.

このようにしてトレンチゲート構造のMOSFETが構成されている。そして、このような構造のMOSFETが形成されたSiC半導体装置では、ベース層等とドリフト層とのpn接合によって内蔵ダイオードが構成される。 In this way, a trench gate structure MOSFET is constructed. In a SiC semiconductor device in which such a MOSFET is formed, a built-in diode is constructed by a pn junction between the base layer and the drift layer.

この種のSiC半導体装置では、SiC基板に基底面転位(以下「BPD」という)が存在し、このBPDが電気特性変動の要因になっている。具体的には、内蔵ダイオードの駆動によりBPDを起点としてエピタキシャル層に欠陥が拡張し、通電時の電流量が低下する。これにより、SiC半導体装置の電気特性変動が生じる。 In this type of SiC semiconductor device, basal plane dislocations (hereinafter referred to as "BPDs") exist in the SiC substrate, and these BPDs are the cause of electrical characteristic fluctuations. Specifically, the driving of the built-in diode causes defects to expand into the epitaxial layer starting from the BPDs, reducing the current flow during energization. This results in fluctuations in the electrical characteristics of the SiC semiconductor device.

この電気特性変動を抑制するために、特許文献1では、SiC半導体装置が備えられる回路構成を工夫し、MOSFETに並列接続された還流ダイオードのオン電圧を調整することで大電流がMOSFETの内蔵ダイオードに流れないようにしている。 To suppress these electrical characteristic fluctuations, Patent Document 1 describes a circuit configuration in which a SiC semiconductor device is provided, adjusting the on-voltage of a freewheeling diode connected in parallel with the MOSFET to prevent large currents from flowing through the MOSFET's built-in diode.

特開2021-069221号公報Japanese Patent Publication No. 2021-069221

しかしながら、特許文献1の技術では回路構成を工夫して内蔵ダイオードへのストレス、つまり通電量や温度の印加を減らすというものであり、ストレスが掛った場合に電気特性変動を抑制することは困難である。 However, the technology described in Patent Document 1 attempts to reduce stress on the built-in diode by modifying the circuit configuration, i.e., by reducing the amount of current and temperature applied. This makes it difficult to suppress fluctuations in electrical characteristics when stress is applied.

本開示は、内蔵ダイオードへのストレスが掛った場合の電気特性変動を抑制できるSiC半導体装置を用いた半導体回路の製造方法を提供することを目的とする。 This disclosure aims to provide a method for manufacturing a semiconductor circuit using a SiC semiconductor device that can suppress fluctuations in electrical characteristics when stress is applied to the built-in diode.

本開示の1つの観点は、
SiC基板(11)を用いて形成された内蔵ダイオード(BD)が含まれるスイッチング素子を有する複数のSiC半導体装置(10)が組み込まれる半導体回路の製造方法であって、
内蔵ダイオードへの通電に基づいて生じる電気特性変動の変動加速性を表すパラメータに基づいて、半導体回路に組み込むSiC半導体装置を選択することと、
選択されたSiC半導体装置を組み込んで半導体回路の製造を行うことと、を含んでいる。
One aspect of this disclosure is,
A method for manufacturing a semiconductor circuit incorporating a plurality of SiC semiconductor devices (10) having switching elements that include built-in diodes (BDs) formed using a SiC substrate (11),
The selection of SiC semiconductor devices to be incorporated into a semiconductor circuit is based on a parameter that represents the acceleration of the fluctuations in electrical characteristics caused by the current flowing to the built-in diode,
This includes manufacturing semiconductor circuits by incorporating selected SiC semiconductor devices.

このように、変動加速性を表すパラメータに基づいて半導体回路に組み込むSiC半導体装置を選択している。これにより、ランダムにSiC半導体装置を選択する場合と比較して、SiC半導体装置の内蔵ダイオードへのストレスが掛った場合のSiC半導体装置の電気特性変動を抑制することが可能となる。 In this way, SiC semiconductor devices are selected for incorporation into semiconductor circuits based on parameters representing fluctuation acceleration. This makes it possible to suppress fluctuations in the electrical characteristics of the SiC semiconductor device when stress is applied to its built-in diodes, compared to randomly selecting SiC semiconductor devices.

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。 The reference numerals in parentheses attached to each component indicate an example of the correspondence between that component and the specific components described in the embodiments described later.

第1実施形態にかかる半導体回路に用いられるSiC半導体装置に形成されたMOSFETの断面図である。This is a cross-sectional view of a MOSFET formed on a SiC semiconductor device used in a semiconductor circuit according to the first embodiment. SiC半導体装置における電流経路の説明図である。This is an explanatory diagram of the current path in a SiC semiconductor device. 内蔵ダイオード近傍におけるBPDに起因する欠陥成長の説明図である。This is an explanatory diagram of defect growth caused by BPD near the built-in diode. BPD密度とオン抵抗の変化量ΔVonとの関係を示した図である。This figure shows the relationship between BPD density and the change in on-resistance ΔVon. 内蔵ダイオードへのストレスと変動加速性の関係を示した図である。This figure illustrates the relationship between stress on the built-in diode and the acceleration of fluctuations. SiC半導体装置の変動加速性に対応する数値化を行ったリストを示す図表である。This chart shows a list of numerical values corresponding to the fluctuation acceleration characteristics of SiC semiconductor devices. 図6Aに示すリストを変動加速性に対応する数値の大小に応じてソートしたリストの図表である。Figure 6A is a chart of a list sorted according to the magnitude of the numerical values corresponding to the variable acceleration. MOSFETを並列接続する半導体回路の一例を示した回路図である。This is a circuit diagram showing an example of a semiconductor circuit in which MOSFETs are connected in parallel. MOSFETを直列接続する半導体回路の一例を示した回路図である。This is a circuit diagram showing an example of a semiconductor circuit in which MOSFETs are connected in series. BPD密度の面内分布を示すマップをウェハごとに示した図表である。This is a diagram showing the in-plane distribution of BPD density for each wafer. SiC半導体装置の各チップのBPD密度のヒストグラムである。This is a histogram of the BPD density for each chip in a SiC semiconductor device. ランダムに2つのSiC半導体装置を選択した場合のBPD密度の関係をプロットした図である。This graph plots the relationship between BPD densities when two SiC semiconductor devices are randomly selected. 図11中において、電気特性変動のアンバランスの度合と電気特性変動の大小について区画した図である。Figure 11 shows a diagram illustrating the degree of imbalance in electrical characteristic fluctuations and the magnitude of these fluctuations. MOSFETを並列接続する場合の2つのSiC半導体装置のBPD密度として好ましい関係を示した図である。This figure shows a preferred relationship for the BPD density of two SiC semiconductor devices when MOSFETs are connected in parallel. MOSFETを直列接続する場合の2つのSiC半導体装置のBPD密度として好ましい関係を示した図である。This figure shows a preferred relationship for the BPD density of two SiC semiconductor devices when MOSFETs are connected in series.

以下、本開示の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。 The embodiments of this disclosure will be described below with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are identical or equivalent to each other will be denoted by the same reference numerals.

(第1実施形態)
第1実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態では、例えば図1に示すように、スイッチング素子として、トレンチゲート構造の反転型のMOSFETが形成されたSiC半導体装置10を用いて半導体回路を構成する場合を代表例として説明する。なお、SiC半導体装置10は、図1に示すMOSFETが形成された領域をセル領域として、図示しないがセル領域を囲むようにガードリングなどの外周耐圧構造が形成された外周領域が備えられた構成とされる。そして、これらセル領域および外周領域が備えられたSiC半導体装置10が半導体チップとされ、半導体回路に組み込まれている。
(First Embodiment)
The first embodiment will be described with reference to the drawings. In this embodiment, a representative example will be described in which a semiconductor circuit is configured using a SiC semiconductor device 10 on which an inverting type MOSFET with a trench gate structure is formed as a switching element, as shown in Figure 1. The SiC semiconductor device 10 is configured such that the region on which the MOSFET shown in Figure 1 is formed is a cell region, and an outer peripheral region (not shown) is provided on which an outer peripheral breakdown structure such as a guard ring is formed to surround the cell region. The SiC semiconductor device 10, which is provided with these cell region and outer peripheral region, is made into a semiconductor chip and incorporated into a semiconductor circuit.

なお、説明の便宜上、図1に示すように、後述するSiC基板11の面方向における一方向を「X軸方向」と称し、当該面方向においてX軸方向と直交する方向を「Y軸方向」と称し、当該面方向、すなわちXY平面と直交する方向を「Z軸方向」と称する。 For the sake of explanation, as shown in Figure 1, one direction in the planar direction of the SiC substrate 11 (described later) will be referred to as the "X-axis direction," the direction perpendicular to the X-axis direction in that planar direction will be referred to as the "Y-axis direction," and the direction perpendicular to that planar direction, i.e., the XY plane, will be referred to as the "Z-axis direction."

〔SiC半導体装置10の構成〕
SiC半導体装置10は、例えばn型のSiC基板11を用いて形成されている。SiC基板11として、例えば、(0001)Si面に対して0~8°のオフ角を有し、窒素やリン等のn型不純物濃度が1.0×1019/cmとされ、厚さが300μm程度とされた基板が用いられる。本実施形態の場合、SiC基板11は、ドレイン領域を構成する。
[Configuration of SiC semiconductor 10]
The SiC semiconductor device 10 is formed using, for example, an n + type SiC substrate 11. As the SiC substrate 11, for example, a substrate is used that has an off-angle of 0 to 8° with respect to the (0001) Si plane, has an n-type impurity concentration of 1.0 × 10¹⁹ /cm³ such as nitrogen and phosphorus, and has a thickness of about 300 μm. In this embodiment, the SiC substrate 11 constitutes the drain region.

SiC基板11の表面上には、SiCからなるn型のバッファ層12が形成されている。バッファ層12は、必要に応じて形成されるものであり、形成しないこともできる。バッファ層12は、SiC基板11の表面にエピタキシャル成長を行うことによって構成される。バッファ層12は、SiC基板11よりも低不純物濃度とされ、例えばn型不純物濃度がSiC基板11と後述する低濃度層13との間の濃度とされ、厚さが1μm程度とされている。 An n - type buffer layer 12 made of SiC is formed on the surface of the SiC substrate 11. The buffer layer 12 is formed as needed and can be omitted. The buffer layer 12 is constructed by epitaxial growth on the surface of the SiC substrate 11. The buffer layer 12 has a lower impurity concentration than the SiC substrate 11; for example, the n-type impurity concentration is between that of the SiC substrate 11 and the low-concentration layer 13 described later, and its thickness is about 1 μm.

バッファ層12の表面上には、例えばn型不純物濃度が5.0~10.0×1015/cmとされ、厚さが10~15μm程度とされたSiCからなるn型の低濃度層13が形成されている。低濃度層13は、例えば、不純物濃度がZ軸方向において一定とされていてもよいが、濃度分布に傾斜が付けられ、低濃度層13のうちのSiC基板11側の方がSiC基板11から離れる側よりも高濃度となるようにされると好ましい。この低濃度層13も、エピタキシャル成長によるエピタキシャル層で構成される。 On the surface of the buffer layer 12, an n - type low-concentration layer 13 made of SiC is formed, for example, with an n-type impurity concentration of 5.0 to 10.0 × 10¹⁵ /cm³ and a thickness of about 10 to 15 μm. The low-concentration layer 13 may have a constant impurity concentration in the Z-axis direction, but it is preferable that the concentration distribution is sloped so that the SiC substrate 11 side of the low-concentration layer 13 has a higher concentration than the side away from the SiC substrate 11. This low-concentration layer 13 is also composed of an epitaxial layer grown by epitaxial growth.

セル領域における低濃度層13上には、電流分散層14およびディープ層15が形成されている。 On the low-concentration layer 13 in the cell region, a current-dispersing layer 14 and a deep layer 15 are formed.

電流分散層14は、例えばn型不純物層で構成され、厚さが0.5~2μmとされている。電流分散層14のn型不純物濃度は、例えば、1.0×1016~5.0×1017/cmとされている。電流分散層14は、低濃度層13と繋がっている。このため、低濃度層13および電流分散層14によってドリフト層が構成されている。 The current-dispersing layer 14 is composed of, for example, an n-type impurity layer with a thickness of 0.5 to 2 μm. The n-type impurity concentration of the current-dispersing layer 14 is, for example, 1.0 × 10¹⁶ to 5.0 × 10¹⁷ / cm³ . The current-dispersing layer 14 is connected to the low-concentration layer 13. Therefore, the low-concentration layer 13 and the current-dispersing layer 14 constitute a drift layer.

ディープ層15は、セル領域に形成されており、例えばp型不純物濃度が2.0×1017~2.0×1018/cmとされ、厚さが電流分散層14と等しくされている。 The deep layer 15 is formed in the cell region, and for example, the p-type impurity concentration is set to 2.0 × 10¹⁷ to 2.0 × 10¹⁸ / cm³ , and its thickness is equal to that of the current dispersion layer 14.

電流分散層14およびディープ層15は、Y軸方向を長手方向として延設されると共に、X軸方向において交互に複数本並べたレイアウトとされている。なお、電流分散層14およびディープ層15の形成ピッチは、例えば後述するトレンチゲート構造の形成ピッチに合わせてあり、ディープ層15は、後述するトレンチ19を挟むように形成されている。 The current distribution layer 14 and the deep layer 15 are arranged in a layout where multiple layers are alternately arranged in the Y-axis direction, with the Y-axis direction being the longitudinal direction. The formation pitch of the current distribution layer 14 and the deep layer 15 is matched to, for example, the formation pitch of the trench gate structure described later, and the deep layer 15 is formed to sandwich the trench 19, which will be described later.

電流分散層14、ディープ層15上には、p型のベース層16が形成されている。そして、セル領域におけるベース層16の表層部には、n型のソース領域17およびp型のコンタクト領域18が形成されている。ソース領域17は、後述するトレンチ19の側面に接するように形成され、コンタクト領域18は、ソース領域17を挟んでトレンチ19と反対側に形成されている。なお、ソース領域17は、不純物領域に相当している。 A p-type base layer 16 is formed on the current dispersion layer 14 and the deep layer 15. An n + -type source region 17 and a p + -type contact region 18 are formed on the surface of the base layer 16 in the cell region. The source region 17 is formed in contact with the side surface of the trench 19, which will be described later, and the contact region 18 is formed on the opposite side of the trench 19, with the source region 17 in between. The source region 17 corresponds to the impurity region.

ベース層16は、例えばp型不純物濃度が3.0×1017/cm以下とされている。ソース領域17は、表層部におけるn型不純物濃度、すなわち表面濃度が例えば1.0×1021/cmとされている。コンタクト領域18は、ベース層16の表層部の高濃度領域を構成するものであり、表層部におけるp型不純物濃度、すなわち表面濃度が例えば1.0×1021/cmとされている。 The base layer 16 has, for example, a p-type impurity concentration of 3.0 × 10¹⁷ / cm³ or less. The source region 17 has an n-type impurity concentration in the surface layer, i.e., a surface concentration of 1.0 × 10²¹ / cm³ . The contact region 18 constitutes a high-concentration region in the surface layer of the base layer 16, and has a p-type impurity concentration in the surface layer, i.e., a surface concentration of 1.0 × 10²¹ / cm³ .

このように、SiC半導体装置10のうちの半導体部分は、SiC基板11、バッファ層12、低濃度層13、電流分散層14、ディープ層15、ベース層16、ソース領域17、コンタクト領域18等が積層された構成となっている。以下、SiC半導体装置10のうちの半導体部分におけるソース領域17およびコンタクト領域18側の面をSiC半導体装置10の「一面10a」と称し、SiC基板11側の面をSiC半導体装置10の「他面10b」と称する。 As described above, the semiconductor portion of the SiC semiconductor device 10 has a structure in which the SiC substrate 11, buffer layer 12, low-concentration layer 13, current-dispersing layer 14, deep layer 15, base layer 16, source region 17, contact region 18, etc. are stacked. Hereinafter, the side of the semiconductor portion of the SiC semiconductor device 10 facing the source region 17 and contact region 18 will be referred to as "side 10a" of the SiC semiconductor device 10, and the side facing the SiC substrate 11 will be referred to as "other side 10b" of the SiC semiconductor device 10.

SiC半導体装置10には、セル領域に、例えば一面10aからベース層16等を貫通して電流分散層14に達すると共に、底面が電流分散層14内に位置するように、幅が1.4~2.0μmとされた複数のトレンチ19が形成されている。 In the SiC semiconductor device 10, multiple trenches 19 with a width of 1.4 to 2.0 μm are formed in the cell region, for example, penetrating from one surface 10a through the base layer 16 to reach the current dispersion layer 14, with the bottom surface located within the current dispersion layer 14.

トレンチ19は、例えば、Y軸方向に沿って延びるように複数本が延設されていると共に、X軸方向に等間隔で並べられてストライプ状に形成されている。トレンチ19は、SiC基板11の法線方向から見て、ディープ層15に挟まれるように形成されている。そして、トレンチ19は、例えば、隣接するトレンチ19の中心間の距離、すなわちトレンチピッチが3.0μm以下となるように形成されている。 The trenches 19 are formed in a stripe pattern, for example, with multiple trenches extending along the Y-axis and arranged at equal intervals along the X-axis. The trenches 19 are formed so as to be sandwiched between the deep layers 15 when viewed from the normal direction of the SiC substrate 11. Furthermore, the trenches 19 are formed such that, for example, the distance between the centers of adjacent trenches 19, i.e., the trench pitch, is 3.0 μm or less.

トレンチ19は、例えば、内壁面に形成されたゲート絶縁膜20と、ゲート絶縁膜20の表面に形成されたドープドPoly-Siによって構成されるゲート電極21によって埋め込まれている。これにより、トレンチゲート構造が構成されている。特に限定されるものではないが、ゲート絶縁膜20は、例えば、トレンチ19の内壁面を熱酸化またはCVDで形成される。CVDとは、chemical vapor depositionの略称である。ゲート絶縁膜20は、例えば、厚さがトレンチ19の側面側および底面側で共に100nm程度とされている。 The trench 19 is embedded, for example, by a gate insulating film 20 formed on its inner wall surface and a gate electrode 21 made of doped Poly-Si formed on the surface of the gate insulating film 20. This constitutes a trench gate structure. While not particularly limited, the gate insulating film 20 is formed, for example, by thermal oxidation or CVD on the inner wall surface of the trench 19. CVD stands for chemical vapor deposition. The gate insulating film 20 has a thickness of approximately 100 nm on both the side and bottom surfaces of the trench 19.

ゲート絶縁膜20は、トレンチ19の内壁面以外の表面にも形成されている。具体的には、ゲート絶縁膜20は、例えば、SiC半導体装置10の一面10aのうちソース領域17の表面の一部も覆うように形成されている。言い換えると、ゲート絶縁膜20は、ゲート電極21が配置される部分と異なる部分において、コンタクト領域18およびソース領域17の残部を露出させるコンタクトホール20aが形成されている。 The gate insulating film 20 is also formed on surfaces other than the inner wall surface of the trench 19. Specifically, the gate insulating film 20 is formed to cover, for example, a portion of the surface of the source region 17 on one surface 10a of the SiC semiconductor device 10. In other words, the gate insulating film 20 has contact holes 20a formed in a portion different from the portion where the gate electrode 21 is located, exposing the contact region 18 and the rest of the source region 17.

ゲート絶縁膜20は、図示しない外周部におけるベース層16の表面にも形成されている。ゲート電極21についても、ゲート絶縁膜20と同様に、図示しない外周部におけるゲート絶縁膜20の表面上まで延設されている。以上のようにして、本実施形態のトレンチゲート構造が構成されている。 The gate insulating film 20 is also formed on the surface of the base layer 16 in the outer peripheral region (not shown). Similarly, the gate electrode 21 extends to the surface of the gate insulating film 20 in the outer peripheral region (not shown), in the same manner as the gate insulating film 20. The trench gate structure of this embodiment is configured as described above.

SiC半導体装置10の一面10a上には、ゲート電極21やゲート絶縁膜20等を覆うように、層間絶縁膜22が形成されている。層間絶縁膜22は、例えば、BPSG等で構成されている。BPSGとは、Borophosphosilicate Glassの略称である。 An interlayer insulating film 22 is formed on one surface 10a of the SiC semiconductor device 10, covering the gate electrode 21, gate insulating film 20, etc. The interlayer insulating film 22 is composed of, for example, BPSG. BPSG is an abbreviation for Borophosphosilicate Glass.

層間絶縁膜22は、コンタクトホール20aと連通してソース領域17およびコンタクト領域18を露出させるコンタクトホール22aが形成されている。コンタクトホール22aのパターンは任意であるが、例えばトレンチ19の長手方向に沿ったライン状とされる。 The interlayer insulating film 22 has contact holes 22a that communicate with the contact holes 20a, exposing the source region 17 and the contact region 18. The pattern of the contact holes 22a is arbitrary, but for example, it can be a line along the longitudinal direction of the trench 19.

層間絶縁膜22上には、コンタクトホール20a、22aを通じてソース領域17およびコンタクト領域18と電気的に接続されるソース電極23が形成されている。ソース電極23は、図示しない外周部のベース層16の表層部に形成されたコンタクト領域18とも接続されている。 A source electrode 23 is formed on the interlayer insulating film 22, electrically connected to the source region 17 and the contact region 18 through contact holes 20a and 22a. The source electrode 23 is also connected to a contact region 18 formed on the surface of the base layer 16 (not shown) in the outer peripheral region.

SiC半導体装置10の他面10b側には、SiC基板11と電気的に接続されるドレイン電極24が形成されている。このようにして、nチャネルタイプの反転型であるトレンチゲート構造のMOSFETが構成されている。また、MOSFET内には、低濃度層13とベース層16等とのpn接合によって内蔵ダイオードBDが構成される。 A drain electrode 24 is formed on the other side 10b of the SiC semiconductor device 10, which is electrically connected to the SiC substrate 11. In this way, an n-channel, inverted trench-gate MOSFET is constructed. Furthermore, a built-in diode BD is formed within the MOSFET by a pn junction between a low-concentration layer 13 and a base layer 16, etc.

以上がSiC半導体装置10の基本的な構成例である。SiC半導体装置10は、後述するように、例えば、MOSFETをスイッチング素子として利用する三相モータ駆動用のインバータ回路や、直流負荷の駆動用回路などの半導体回路として用いられる。勿論、これらの用途に限定されるものではなく、他の用途にも適用され得る。 The above is a basic configuration example of the SiC semiconductor device 10. As will be described later, the SiC semiconductor device 10 can be used as a semiconductor circuit, for example, in an inverter circuit for driving a three-phase motor using MOSFETs as switching elements, or in a circuit for driving a DC load. Of course, its applications are not limited to these, and it can be applied to other uses as well.

〔BPDに起因する欠陥成長〕
上記したように、SiC半導体装置10は、セル領域にトレンチゲート構造のMOSFETおよびpn接合で構成される内蔵ダイオードBDが備えられた構造とされる。そして、SiC基板11、バッファ層12やドリフト層内等にはBPDが存在しており、SiC半導体装置10には、このBPDに起因する欠陥が生じ得る。
[Defective growth caused by BPD]
As described above, the SiC semiconductor device 10 has a structure in which a trench gate MOSFET and a built-in diode BD composed of a pn junction are provided in the cell region. BPDs are present in the SiC substrate 11, buffer layer 12, and drift layer, and defects caused by these BPDs can occur in the SiC semiconductor device 10.

SiC半導体装置10の等価回路は、図2に示すように、MOSFETおよび内蔵ダイオードBDを有する回路構成として示され、MOSFETがオン時にはドレイン電極24からソース電極23へのオン電流IONが生じる。なお、図2における「S」、「D」、「G」は、それぞれ、ソース電極23、ドレイン電極24、ゲート電極21に対応している。具体的には、ゲート電極21に例えば20Vなどの所定の電圧が印加されると、ベース層16のうちのトレンチ19に接している表面にチャネルが形成され、ソース電極23とドレイン電極24との間にオン電流IONが流れる。 The equivalent circuit of the SiC semiconductor device 10 is shown in Figure 2 as a circuit configuration having a MOSFET and an internal diode BD, and when the MOSFET is turned on, an on current I ON is generated from the drain electrode 24 to the source electrode 23. In Figure 2, "S", "D", and "G" correspond to the source electrode 23, drain electrode 24, and gate electrode 21, respectively. Specifically, when a predetermined voltage such as 20V is applied to the gate electrode 21, a channel is formed on the surface of the base layer 16 that is in contact with the trench 19, and an on current I ON flows between the source electrode 23 and the drain electrode 24.

その後、SiC半導体装置10は、オフ状態になると、逆バイアスが印加されて逆導通状態となるため、内蔵ダイオードBDが還流ダイオードとして機能し、内蔵ダイオードBDを通じて還流電流IOFFが流れる。このとき、図3の左図に示すように、内蔵ダイオードBDを構成するpn接合のp型層側からn型層側に拡散したホールとn型層中の電子とが再結合する。このホールと電子との再結合エネルギーが大きいため、図3の右図に示すように、BPDが拡張して積層欠陥Dが生じてしまう。そして、この積層欠陥Dは内蔵ダイオードBDへのストレスが積み重なるほど拡張する。以下、このような積層欠陥Dを単に「欠陥D」と称する。この欠陥Dは、オン電流IONおよび還流電流IOFFの妨げとなる。そして、内蔵ダイオードBDへのストレスに応じて欠陥Dが拡張するため、製造された直後、すなわち欠陥Dが生じる前の段階における電気特性に対して、駆動後の電気特性が低下してしまう。 Subsequently, when the SiC semiconductor device 10 is turned off, a reverse bias is applied, causing it to conduct in reverse. As a result, the built-in diode BD functions as a freewheeling diode, and a freewheeling current I OFF flows through the built-in diode BD. At this time, as shown in the left diagram of Figure 3, holes diffused from the p-type layer side to the n-type layer side of the pn junction constituting the built-in diode BD recombine with electrons in the n-type layer. Because the recombination energy of these holes and electrons is large, the BPD expands, as shown in the right diagram of Figure 3, resulting in a stacking fault D. This stacking fault D expands as the stress on the built-in diode BD increases. Hereafter, such a stacking fault D will be simply referred to as "defect D". This defect D interferes with the on-current I ON and the freewheeling current I OFF . Furthermore, because the defect D expands in response to the stress on the built-in diode BD, the electrical characteristics after operation deteriorate compared to the electrical characteristics immediately after manufacturing, i.e., before the defect D occurs.

〔BPDに起因する電気特性変動が及ぼす影響〕
内蔵ダイオードBDへの通電による電気特性変動は、SiC基板11中に含まれるBPDから生じていることを確認している。そして、素子に含まれるBPD密度に応じて内蔵ダイオードBDへの通電による電気特性の変動量(以下、通電変動量という)が変わる。
[Effects of electrical characteristic fluctuations caused by BPD]
It has been confirmed that the change in electrical characteristics caused by current flow to the built-in diode BD originates from the BPD contained in the SiC substrate 11. Furthermore, the amount of change in electrical characteristics caused by current flow to the built-in diode BD (hereinafter referred to as the current flow change) changes depending on the BPD density contained in the element.

SiC基板11中のBPD密度の面内分布は、SiC基板11となるウェハ毎に異なっている。このため、半導体回路に組み込むSiC半導体装置10のチップをランダムに選択すると、個々のSiC半導体装置10の通電変動量がまちまちになる。つまり、同一ストレスに対して通電変動量の増大の度合(以下、変動加速性という)にばらつきが生じるため、同じ半導体回路であっても、選択されたSiC半導体装置10の通電変動量がまちまちになり、半導体回路の信頼性のばらつきが大きくなって、信頼性設計上問題になり得る。これに基づき、本発明者らは、SiC半導体装置10を用いた半導体回路の信頼性を確保するためには、SiC半導体装置10の変動加速性に応じて半導体回路に組み込むSiC半導体装置10を選択することが必要であることを見出した。 The in-plane distribution of BPD density in the SiC substrate 11 differs from wafer to wafer. Therefore, when SiC semiconductor device chips 10 are randomly selected for incorporation into a semiconductor circuit, the current fluctuation amount of each SiC semiconductor device 10 will vary. In other words, there will be variations in the degree of increase in current fluctuation amount for the same stress (hereinafter referred to as fluctuation acceleration). This means that even with the same semiconductor circuit, the current fluctuation amount of the selected SiC semiconductor device 10 will vary, leading to large variations in the reliability of the semiconductor circuit and potentially causing reliability design problems. Based on this, the inventors have found that in order to ensure the reliability of semiconductor circuits using SiC semiconductor devices 10, it is necessary to select the SiC semiconductor device 10 to be incorporated into the semiconductor circuit according to its fluctuation acceleration.

〔半導体回路の製造方法〕
以下、半導体回路の製造方法について、半導体回路に組み込むSiC半導体装置10の製造方法と共に説明する。ただし、トレンチゲート構造のMOSFETの形成等については、公知のSiC半導体製造工程により可能であるため、本明細書ではこれらの詳細を省略する。
[Method for manufacturing semiconductor circuits]
The following describes the manufacturing method of semiconductor circuits, along with the manufacturing method of the SiC semiconductor device 10 incorporated into the semiconductor circuit. However, since the formation of trench gate structure MOSFETs and the like can be done by known SiC semiconductor manufacturing processes, these details are omitted in this specification.

まず、SiC半導体装置10の変動加速性に応じて半導体回路に組み込むSiC半導体装置10を選択するために、SiC半導体装置10の変動加速性を数値化する。 First, in order to select the SiC semiconductor device 10 to be incorporated into the semiconductor circuit according to its fluctuation acceleration characteristic, the fluctuation acceleration characteristic of the SiC semiconductor device 10 is quantified.

変動加速性については、SiC半導体装置10の構成や使用状況によって変わり、これらを表すパラメータに基づいて変動加速性を数値化できる。具体的には、変動加速性は、BPD密度と内蔵ダイオードBDへの通電時のホール密度を主要因として決まるため、これらを変動加速性に関連するパラメータとして変動加速性を数値化する。 The variable acceleration characteristic varies depending on the configuration and usage conditions of the SiC semiconductor device 10, and can be quantified based on parameters representing these characteristics. Specifically, since the variable acceleration characteristic is primarily determined by the BPD density and the hole density when current is applied to the built-in diode BD, these are used as parameters related to the variable acceleration characteristic to quantify it.

特に、BPD密度と電気特性変動とが強い相関があることを確認している。BPD密度が異なるSiC半導体装置10に備えられたMOSFETについて、所定の条件で通電を行った後でMOSFETのオン抵抗Vonの変化量ΔVonを調べると、図4に示す結果となった。 In particular, a strong correlation between BPD density and electrical characteristic fluctuations has been confirmed. When the change in the on-resistance Von of MOSFETs (ΔVon) after energizing MOSFETs in SiC semiconductor devices 10 with different BPD densities under predetermined conditions was examined, the results shown in Figure 4 were obtained.

BPD密度は拡張して欠陥Dが形成されるもとになる。BPD密度については、SiCインゴットからSiC基板11を構成する複数のウェハの切り出したのち、切り出した複数のウェハに対してKOH(水酸化カリウム)エッチングによってエッチピットを形成し、エッチピットをカウントすることで導出可能である。また、ウェハ状のSiC基板11に対してX線トポロジーやPL(フォトルミネッセンス)イメージング等で画像認識し、定量化することによってもBPD密度を導出可能である。KOHエッチングの場合、ウェハ状のSiC基板11に対して直接KOHエッチングを行う破壊検査になるため、結晶成長させたSiCインゴットの成長方向の両端において切り出したウェハに対して実施する。そして、検査対象となった成長方向の両端よりも内側で切り出されるウェハについては、両端のウェハの検査結果に基づく内挿によりBPD密度を推定している。X線トポロジーやPLイメージング等の場合、非破壊検査となるため、SiCインゴットから切り出したウェハ状のSiC基板11の全てに対して検査することも可能であり、精度良くBPD密度を定量化できる。 BPD density is the basis for the formation of defects D through expansion. BPD density can be derived by cutting multiple wafers constituting the SiC substrate 11 from a SiC ingot, forming etch pits on the cut wafers by KOH (potassium hydroxide) etching, and counting the etch pits. Alternatively, BPD density can be derived by image recognition and quantification using X-ray topology or PL (photoluminescence) imaging on the wafer-shaped SiC substrate 11. In the case of KOH etching, since it is a destructive test that directly etches the wafer-shaped SiC substrate 11, it is performed on wafers cut at both ends of the growth direction of the crystal-grown SiC ingot. For wafers cut inside the growth direction beyond the inspected ends, the BPD density is estimated by interpolation based on the inspection results of the wafers at both ends. In the case of X-ray topology or PL imaging, since it is a non-destructive test, it is possible to inspect all wafer-shaped SiC substrates 11 cut from the SiC ingot, allowing for accurate quantification of BPD density.

ホール密度は、大きな値になると欠陥Dの拡張の要因になる。具体的には、ホール密度が所定の閾値を超えると欠陥Dの拡張が開始され、閾値を超えた後はホール密度の大きさに応じて変動加速性が変わる。ホール密度に影響を与える主な因子は、バッファ層12の不純物濃度や膜厚、SiC基板11の不純物濃度、電流分散層14の不純物濃度等のプロセス要因がある。イオン注入によるホールトラップ欠陥の導入などもホール密度の大きさを決める要因となる。また、ホール密度は、SiC基板11を構成するウェハを取り出すSiCインゴットの成長方法が昇華再結晶法であるかガス成長法であるかにも依るし、SiCインゴットもしくはウェハの製造メーカにも依る。製造メーカについては、BPD密度にも決まった傾向を有している。 High hole density can contribute to the expansion of defects D. Specifically, when the hole density exceeds a predetermined threshold, the expansion of defects D begins, and after exceeding the threshold, the rate of variation changes according to the magnitude of the hole density. The main factors influencing hole density include process factors such as the impurity concentration and film thickness of the buffer layer 12, the impurity concentration of the SiC substrate 11, and the impurity concentration of the current dispersion layer 14. The introduction of hole trap defects by ion implantation also determines the magnitude of the hole density. Furthermore, the hole density depends on whether the SiC ingot from which the wafer constituting the SiC substrate 11 is extracted is grown using sublimation recrystallization or gas growth, and also on the SiC ingot or wafer manufacturer. Manufacturers also exhibit a consistent trend in BPD density.

ホール密度については、TCADシミュレーションで導出することができる。あるいは、ホール密度自体を直接測定することはできないが、Simで得られるホール密度とQrrには相関があることが知られており、Qrrについては測定可能であるため、Qrrを測定することでホール密度を定量化できる。ホール密度については、予めSiC半導体装置10と同様の製造プロセスを適用した試料を製造して測定おけば、まだウェハ状のSiC基板11に対してMOSFETなどを作り込む前でも、その試料の測定値を用いることができる。 The hole density can be derived using TCAD simulation. Alternatively, although the hole density itself cannot be directly measured, a correlation between the hole density obtained from sim and Qrr is known, and since Qrr is measurable, the hole density can be quantified by measuring Qrr. Regarding the hole density, if a sample manufactured using the same manufacturing process as the SiC semiconductor device 10 is prepared and measured beforehand, the measured values of that sample can be used even before MOSFETs and other components are fabricated onto the wafer-shaped SiC substrate 11.

続いて、変動加速性を表すパラメータとしてBPD密度やホール密度の少なくとも1つを用いて、各SiC半導体装置10の変動加速性を数値化し、それをリスト化する。例えば、BPD密度やホール密度をパラメータとする関数式に代入することで変動加速性を数値化できる。例えば内蔵ダイオードBDへのストレス、つまり通電量や温度などに対する変動加速性は図5に示す関係を有する。そして、BPD密度が小さいほど、バッファ層12の不純物濃度や膜厚が大きいほど、電流分散層14やSiC基板11の不純物濃度が大きいほど、ストレスに対する変動加速性は図中矢印A1に示すように小さくなる。逆に、BPD密度が大きいほど、バッファ層12の不純物濃度や膜厚が小さいほど、電流分散層14やSiC基板11の不純物濃度が小さいほど、ストレスに対する変動加速性は図中矢印A2に示すように大きくなる。このような関係に基づいて、BPD密度やホール密度をパラメータとする関数式を設定すれば、変動加速性を数値化できる。 Next, the variable acceleration of each SiC semiconductor device 10 is quantified using at least one of the parameters representing the variable acceleration, such as BPD density or hole density, and these quantifications are listed. For example, the variable acceleration can be quantified by substituting these values into a function equation that uses BPD density or hole density as parameters. For instance, the variable acceleration in response to stress on the built-in diode BD, i.e., current flow and temperature, has the relationship shown in Figure 5. The smaller the BPD density, the higher the impurity concentration and film thickness of the buffer layer 12, and the higher the impurity concentration of the current dispersion layer 14 and SiC substrate 11, the smaller the variable acceleration in response to stress, as shown by arrow A1 in the figure. Conversely, the larger the BPD density, the lower the impurity concentration and film thickness of the buffer layer 12, and the lower the impurity concentration of the current dispersion layer 14 and SiC substrate 11, the larger the variable acceleration in response to stress, as shown by arrow A2 in the figure. Based on these relationships, the variable acceleration can be quantified by setting a function equation that uses BPD density or hole density as parameters.

そして、数値化を行ったのち、例えば図6Aに示すように各SiC半導体装置10のチップ番号と変動加速性を示す数値とを対応付けたリストを作成する。なお、チップ番号とは、SiC基板11を構成するウェハのどの位置のチップになるものかを示す番号である。 Then, after quantifying the data, a list is created that associates the chip number of each SiC semiconductor device 10 with a numerical value indicating the fluctuation acceleration, as shown in Figure 6A, for example. The chip number indicates the location of the chip on the wafer constituting the SiC substrate 11.

その後、図6Bに示すように変動加速性を示す数値に基づいてリストのソートを行い、その上で、変動加速性の数値の大小に基づいてSiC半導体装置10をグループ分けする。例えば、変動加速性の数値の大小の順に4グループに分ける。第1グループは数値1000以下で変動加速性が極小、第2グループは数値3000以下で変動加速性が小、第3グループは数値が5000以下で変動加速性が中、第4グループは数値が5000超えで変動加速性が大というようにグループ分けする。勿論、このときソートすることは必須では無く、各SiC半導体装置10のチップ番号に対応してグループ番号が設定されるだけでも良い。 Subsequently, as shown in Figure 6B, the list is sorted based on the numerical value indicating the variable acceleration, and then the SiC semiconductor devices 10 are grouped according to the magnitude of the variable acceleration value. For example, they can be divided into four groups in order of magnitude. The first group has a value of 1000 or less and minimal variable acceleration; the second group has a value of 3000 or less and small variable acceleration; the third group has a value of 5000 or less and medium variable acceleration; and the fourth group has a value exceeding 5000 and large variable acceleration. Of course, sorting is not mandatory at this stage; it would suffice to simply assign a group number corresponding to the chip number of each SiC semiconductor device 10.

なお、ここではグループ分けする数値の閾値を1000、3000、5000と複数段階設定しておいたが、この数値は任意に設定すれば良い。また、SiC半導体装置10の合計数に基づいて、数値が小さい順から所定割合は第1グループ、次の数値が小さい順から所定割合は第2グループ、さらに次に数値が小さい順から所定割合は第3グループ、残りを第4グループというようにグループ分けしても良い。このときの各グループの割合については一定としても良いし、異なる割合としても良い。また、グループ数についても、4グループではなく、3グループなど他の数としても良い。 Here, we have set multiple threshold values (1000, 3000, 5000) for grouping, but these values can be set arbitrarily. Alternatively, based on the total number of SiC semiconductor devices 10, the groups could be divided as follows: the first group (smallest to largest value), the second group (smallest to largest value), the third group (smallest to largest value), and so on. The proportions within each group can be constant or varied. Furthermore, the number of groups can be other than four, such as three.

このようにしてグループ分けを行っておく。そして、ウェハ状態のSiC基板11に対して半導体製造プロセスを実施することでMOSFETなどを構成する各部を作り込み、ダイシングカットすることでチップ単位に個片化されたSiC半導体装置10を製造する。そして、グループ分けされたリストを基に、半導体回路を製造する際に用いるSiC半導体装置10を選択する。 The materials are then grouped in this manner. Next, a semiconductor manufacturing process is carried out on the SiC substrate 11 in wafer form to create the various components that make up MOSFETs, etc. These components are then diced to produce individual SiC semiconductor devices 10 chips. Finally, based on the grouped list, the SiC semiconductor devices 10 to be used when manufacturing semiconductor circuits are selected.

具体的には、半導体回路中におけるMOSFETの接続形態に応じてSiC半導体装置10を選択している。 Specifically, the SiC semiconductor device 10 is selected according to the connection configuration of the MOSFETs in the semiconductor circuit.

例えば、近年進められている大電流化の実現のために、図7に示す半導体回路のように、複数のSiC半導体装置10に備えられたMOSFET31a、32aを並列接続して負荷33の駆動回路などとする場合がある。なお、各MOSFET31a、32aに並列に接続されているのは内蔵ダイオード31b、32bである。 For example, in order to achieve the high-current applications that have been progressing in recent years, MOSFETs 31a and 32a provided in multiple SiC semiconductor devices 10 may be connected in parallel to form a drive circuit for a load 33, as shown in the semiconductor circuit in Figure 7. Note that the built-in diodes 31b and 32b are connected in parallel to each of the MOSFETs 31a and 32a.

このような場合には、変動加速性の大きなSiC半導体装置10のみで半導体回路が構成されないように、他のグループよりも変動加速性の数値が小さなグループから少なくとも1つを選択する。すなわち、変動加速性が小さなもの同士、もしくは小さなものと大きなものを組み合わせてSiC半導体装置10が選択されるようにし、変動加速性が大きなSiC半導体装置10のみが選択されないようにする。上記のように4グループにグループ分けしている場合であれば、すべてのSiC半導体装置10が変動加速性の数値が最も大きい第4グループのみから選択されるという状態にならないようにする。 In such cases, to prevent the semiconductor circuit from being composed solely of SiC semiconductor devices 10 with high fluctuation acceleration, at least one group with a lower fluctuation acceleration value than the other groups is selected. That is, SiC semiconductor devices 10 are selected in combination of those with low fluctuation acceleration, or a combination of those with low and high fluctuation acceleration, so that only SiC semiconductor devices 10 with high fluctuation acceleration are not selected. If the devices are grouped into four groups as described above, the goal is to prevent a situation where all SiC semiconductor devices 10 are selected solely from the fourth group, which has the highest fluctuation acceleration value.

また、図8に示す三相モータ40の駆動などに用いるインバータ50を構成する半導体回路では、各相においてスイッチング素子が直列接続される。具体的には、UVW相それぞれの上アーム51、53、55と下アーム52、54、56のスイッチング素子として複数のSiC半導体装置10に備えられたMOSFET51a~56aが適用され、各相においてMOSFET51a~56aが直列接続される。なお、各MOSFET51a~56aに並列に接続されているのは内蔵ダイオード51b~56bである。 Furthermore, in the semiconductor circuit constituting the inverter 50 used for driving the three-phase motor 40 shown in Figure 8, switching elements are connected in series in each phase. Specifically, MOSFETs 51a to 56a provided in multiple SiC semiconductor devices 10 are used as switching elements for the upper arms 51, 53, and 55 and lower arms 52, 54, and 56 of each of the UVW phases, and MOSFETs 51a to 56a are connected in series in each phase. Note that built-in diodes 51b to 56b are connected in parallel to each of the MOSFETs 51a to 56a.

このように複数のSiC半導体装置10のMOSFETを直列接続する場合には、変動加速性が近いSiC半導体装置10同士が選択されるようにする。例えば、グループ分けされた各グループの中で同じグループ同士、もしくは隣のグループまでが選択範囲となるようにし、離れたグループのSiC半導体装置10が選択されないようにする。上記のように4グループにグループ分けしている場合であれば、すべてのSiC半導体装置10が第4グループのみから選択されるか、第1グループと第2グループのように隣り合うグループから選択されるようにする。そして、第1グループと第4グループのように離れたグループから選択されないようにする。 When connecting multiple SiC semiconductor devices 10 in series in this manner, the selection process ensures that SiC semiconductor devices 10 with similar fluctuation acceleration characteristics are selected. For example, within each group, the selection range is limited to devices within the same group or adjacent groups, preventing the selection of SiC semiconductor devices 10 from distant groups. If the devices are grouped into four groups as described above, all SiC semiconductor devices 10 are selected either from the fourth group or from adjacent groups, such as the first and second groups. Furthermore, selection from distant groups, such as the first and fourth groups, is prevented.

ここで、SiC半導体装置10におけるBPD密度の分布や、BPD密度を考慮に入れずにランダムに2つのSiC半導体装置10を選択して半導体回路に組み込んだ場合の影響について説明する。 Here, we will explain the distribution of BPD density in the SiC semiconductor device 10, and the effects of randomly selecting two SiC semiconductor devices 10 and incorporating them into a semiconductor circuit without considering BPD density.

結晶成長させたSiCインゴットをスライスしてSiC基板11を構成する6インチウェハを作成し、その中から9枚を抽出してBPD密度の面内分布を調べ、その面内分布を示すマップを作成した。図9は、その結果を示している。この図では、BPD密度が濃淡で示されており、BPD密度が高いほど濃いハッチング表示になっている。この図に示されるように、同じインゴットから切り出したウェハであってもBPD密度の面内分布が異なっている。そして、概ねウェハ中心位置ではBPD密度が低くなっているが、ウェハ外縁位置ではBPD密度が高くなっているものと、それほど高くなっていないものがあり、まちまちになっている。 Six-inch wafers constituting the SiC substrate 11 were created by slicing a crystal-grown SiC ingot. Nine wafers were extracted from these wafers, and the in-plane distribution of BPD density was examined. A map showing this in-plane distribution was created. Figure 9 shows the results. In this figure, BPD density is shown by varying shades of gray, with darker hatching indicating higher BPD density. As shown in this figure, even wafers cut from the same ingot have different in-plane distributions of BPD density. Generally, the BPD density is low at the center of the wafer, but at the outer edge of the wafer, the BPD density varies, with some wafers showing high densities and others not so high.

また、抽出した9枚のウェハを9mm□にダイシングしてチップ化すると2016チップ得られる。その各チップのBPD密度を調べてヒストグラムにしたところ、図10の結果が得られた。この図に示されるように、BPD密度が0に近いものの度数が高く、BPD密度が高くなるほど度数が低くなっている。つまり、BPD密度が低いものが多数を占めているが、BPD密度が高いものも含まれていることを示している。 Furthermore, dicing the nine extracted wafers into 9mm square chips yielded 2016 chips. The BPD density of each chip was examined and a histogram was created, resulting in Figure 10. As shown in this figure, chips with a BPD density close to zero had a high frequency, while those with a higher BPD density had a lower frequency. This indicates that while chips with low BPD densities made up the majority, chips with high BPD densities were also included.

したがって、変動加速性を考慮に入れることなくランダムに2つのSiC半導体装置10を選択した場合、変動加速性に規則性がないSiC半導体装置10が選択されることになる。具体的には、2つのSiC半導体装置10それぞれにおけるSiC基板11のBPD密度を調べ、横軸をそのうちの一方のBPD密度BPD1とし、縦軸をもう一方のBPD密度BPD2としてプロットすると、図11に示すようにランダムなプロットになる。 Therefore, if two SiC semiconductor devices 10 are selected randomly without considering the variable acceleration properties, the selected SiC semiconductor device 10 will exhibit no regularity in its variable acceleration properties. Specifically, if the BPD density of the SiC substrate 11 in each of the two SiC semiconductor devices 10 is examined, and the horizontal axis is plotted with the BPD density of one of them (BPD1) and the vertical axis with the BPD density of the other (BPD2), a random plot will be obtained, as shown in Figure 11.

図11に示されるようにランダムに2つのSiC半導体装置10が選択された場合、それが組み込まれた半導体回路は以下のような影響を及ぼし得る。 As shown in Figure 11, if two SiC semiconductor devices 10 are randomly selected, the semiconductor circuit into which they are incorporated may have the following effects.

例えば、図7に示した半導体回路のように、2つのSiC半導体装置10が並列接続される接続形態の場合を考えてみる。このような接続形態において、両方のSiC半導体装置10が共にBPD密度の高いものであったとする。この場合、一方のSiC半導体装置10で電気特性変動が生じると、他方のSiC半導体装置10に電流集中が生じる。これにより、今度は他方のSiC半導体装置10が電気特性変動を来すことになり、一方のSiC半導体装置10に電流集中が生じるということが繰り返され、場合によっては素子破壊が生じてしまう。 For example, consider a connection configuration where two SiC semiconductor devices 10 are connected in parallel, as shown in Figure 7. In this connection configuration, assume that both SiC semiconductor devices 10 have high BPD density. In this case, if an electrical characteristic fluctuation occurs in one SiC semiconductor device 10, current concentration occurs in the other SiC semiconductor device 10. This, in turn, causes electrical characteristic fluctuations in the other SiC semiconductor device 10, leading to current concentration in the first SiC semiconductor device 10. This cycle repeats, potentially resulting in device failure.

これに対して、2つのSiC半導体装置10が共にBPD密度の低いものであれば、いずれのSiC半導体装置10も電気特性変動が生じにくいため、上記の問題は発生し難い。また、2つのSiC半導体装置10のいずれか一方について、BPD密度が高くて電気特性変動が生じたとしても、もう一方についてBPD密度が低くて電気特性変動が生じないため、この場合にも2つのSiC半導体装置10で電気特性変動を繰り返すことはない。 In contrast, if both SiC semiconductor devices 10 have low BPD densities, then neither SiC semiconductor device 10 is likely to experience electrical characteristic fluctuations, thus reducing the likelihood of the above problem occurring. Furthermore, even if one of the two SiC semiconductor devices 10 experiences electrical characteristic fluctuations due to a high BPD density, the other will not experience such fluctuations due to its low BPD density. Therefore, in this case as well, the two SiC semiconductor devices 10 will not repeatedly experience electrical characteristic fluctuations.

これらを纏めると、図11に示した2つのSiC半導体装置10のBPD密度のプロットについて、図12のように概略4つに区画される。図12の左下の区画R1のように2つのSiC半導体装置10のBPD密度が共に低い場合には、半導体回路の電気特性変動が小さく、2つのSiC半導体装置10の間での電気特性変動の仕方のアンバランス度合も小さい。図12の左上の区画R2や右下の区画R3のように2つのSiC半導体装置10の一方はBPD密度が低く、他方はBPD密度が高い場合には、電気特性変動のアンバランス度合はやや大きいものの、電気特性変動が繰り返されないため、半導体回路としての電気特性変動は小さい。図12の右上の区画R4のように2つのSiC半導体装置10の両方ともBPD密度が高い場合には、電気特性変動のアンバランス度合が大きいし、電気特性変動が繰り返されるため、半導体回路としての電気特性変動が大きくなる。 In summary, the BPD density plots of the two SiC semiconductor devices 10 shown in Figure 11 can be roughly divided into four sections as shown in Figure 12. When both SiC semiconductor devices 10 have low BPD densities, as in section R1 in the lower left of Figure 12, the electrical characteristic fluctuations of the semiconductor circuit are small, and the degree of imbalance in the way the electrical characteristics fluctuate between the two SiC semiconductor devices 10 is also small. When one of the two SiC semiconductor devices 10 has a low BPD density and the other has a high BPD density, as in section R2 in the upper left and section R3 in the lower right of Figure 12, although the degree of imbalance in electrical characteristic fluctuations is somewhat large, the electrical characteristic fluctuations of the semiconductor circuit are small because the fluctuations are not repeated. When both SiC semiconductor devices 10 have high BPD densities, as in section R4 in the upper right of Figure 12, the degree of imbalance in electrical characteristic fluctuations is large, and the fluctuations are repeated, resulting in large electrical characteristic fluctuations of the semiconductor circuit.

したがって、2つのSiC半導体装置10を並列接続する接続形態の場合には、図13に示すように、両方のBPD密度が小さいか、一方のBPD密度が小さいという組み合わせでSiC半導体装置10が選択されるようにすることで電気特性変動を抑制できる。このことから、上記したように、複数のSiC半導体装置10を並列接続する場合には、リスト化したグループの中から変動加速性が小さなもの同士、もしくは小さなものと大きなものを組み合わせてSiC半導体装置10が選択されるようにする。これにより、半導体回路を構成するSiC半導体装置10の電気特性変動を抑制できる。 Therefore, in the case of a connection configuration in which two SiC semiconductor devices 10 are connected in parallel, as shown in Figure 13, electrical characteristic fluctuations can be suppressed by selecting SiC semiconductor devices 10 with a combination of low BPD densities for both devices, or a combination where one of the BPD densities is low. Thus, as described above, when connecting multiple SiC semiconductor devices 10 in parallel, the SiC semiconductor devices 10 should be selected from the listed groups based on their low fluctuation acceleration characteristics, or by combining a low-fluctuation-accelerating SiC semiconductor device with a high-fluctuation-accelerating SiC semiconductor device. This suppresses electrical characteristic fluctuations of the SiC semiconductor devices 10 that constitute the semiconductor circuit.

一方、2つのSiC半導体装置10を直列接続する接続形態の場合、同じ電流が流れることになるため、2つのSiC半導体装置10についてBPD密度が大小にかかわらず近い密度に揃っているのが好ましい。例えば、図8に示すインバータを構成する半導体回路の場合、上アームと下アームの電気特性がずれないようにする方が良い。 On the other hand, in the case of a connection configuration in which two SiC semiconductor devices 10 are connected in series, the same current will flow, so it is preferable that the BPD densities of the two SiC semiconductor devices 10 be similar, regardless of their relative sizes. For example, in the semiconductor circuit constituting the inverter shown in Figure 8, it is better to ensure that the electrical characteristics of the upper and lower arms do not differ.

したがって、2つのSiC半導体装置10を直列接続する接続形態の場合には、図14に示すように、両方のBPD密度が大小にかかわらず近似している組み合わせでSiC半導体装置10が選択されるようにする。これにより、2つのSiC半導体装置10の間の電気特性がずれることを抑制できる。このように、複数のSiC半導体装置10を直列接続する場合、リスト化したグループのうち変動加速性が近いグループからSiC半導体装置10が選択されるようにすれば、半導体回路を構成する複数のSiC半導体装置10の間での電気特性変動のずれを抑制できる。 Therefore, in the case of a connection configuration in which two SiC semiconductor devices 10 are connected in series, as shown in Figure 14, the SiC semiconductor devices 10 are selected in a combination where the BPD densities of both devices are approximate, regardless of their relative sizes. This suppresses the deviation in electrical characteristics between the two SiC semiconductor devices 10. Thus, when connecting multiple SiC semiconductor devices 10 in series, selecting the SiC semiconductor devices 10 from groups with similar fluctuation acceleration characteristics from a listed group suppresses the deviation in electrical characteristic fluctuations among the multiple SiC semiconductor devices 10 constituting the semiconductor circuit.

このようにして、製造する半導体回路の接続形態に対応したSiC半導体装置10が選択されると、選択されたチップ番号のSiC半導体装置10のチップをピックアップし、それを組み込むようにして半導体回路を形成する。例えば、図8に示すインバータを構成する半導体回路を備えたモジュールであれば、UVW各相の組み合わせとして直列接続される上アームと下アームについて、同じグループ同士のSiC半導体装置10が組み込まれた半導体回路とされる。 In this way, once a SiC semiconductor device 10 corresponding to the connection configuration of the semiconductor circuit to be manufactured is selected, the chip of the SiC semiconductor device 10 with the selected chip number is picked up and incorporated to form the semiconductor circuit. For example, in the case of a module equipped with a semiconductor circuit constituting an inverter as shown in Figure 8, the upper and lower arms, which are connected in series as a combination of U, V, and W phases, will be made up of semiconductor circuits in which SiC semiconductor devices 10 from the same group are incorporated.

以上説明したように、本実施形態では、変動加速性を表すパラメータに基づいて半導体回路に組み込むSiC半導体装置10を選択している。これにより、ランダムにSiC半導体装置10を選択する場合と比較して、SiC半導体装置10の内蔵ダイオードBDへのストレスが掛った場合のSiC半導体装置10の電気特性変動を抑制することが可能となる。 As explained above, in this embodiment, the SiC semiconductor device 10 to be incorporated into the semiconductor circuit is selected based on a parameter representing the accelerating fluctuation. This makes it possible to suppress fluctuations in the electrical characteristics of the SiC semiconductor device 10 when stress is applied to the built-in diode BD, compared to the case where the SiC semiconductor device 10 is selected randomly.

また、本実施形態の半導体回路の製造方法によれば、以下の効果を奏することもできる。 Furthermore, the semiconductor circuit manufacturing method of this embodiment can also achieve the following effects.

(1)複数のSiC半導体装置10を並列接続する接続形態の場合には、少なくとも1つについてBPD密度が小さいSiC半導体装置10が選択されるようにしている。これにより、電気特性変動を抑制できる。 (1) In the case of a connection configuration in which multiple SiC semiconductor devices 10 are connected in parallel, at least one SiC semiconductor device 10 with a low BPD density is selected. This suppresses fluctuations in electrical characteristics.

(2)複数のSiC半導体装置10を直列接続する接続形態の場合には、各SiC半導体装置10のBPD密度が大小にかかわらず近似している組み合わせでSiC半導体装置10が選択されるようにしている。これにより、複数のSiC半導体装置10の間の電気特性がずれることを抑制できる。 (2) In the case of a connection configuration in which multiple SiC semiconductor devices 10 are connected in series, the SiC semiconductor devices 10 are selected in a combination where the BPD density of each SiC semiconductor device 10 is approximate, regardless of the size of each device. This suppresses deviations in the electrical characteristics between the multiple SiC semiconductor devices 10.

(他の実施形態)
本開示は、実施例に準拠して記述されたが、本開示は当該実施例や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらの一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
(Other embodiments)
This disclosure is described in accordance with the embodiments, but it is understood that this disclosure is not limited to such embodiments or structures. This disclosure also includes various modifications and variations within the equivalence range. In addition, various combinations and forms, as well as other combinations and forms including one, more, or less of those elements, fall within the scope and concept of this disclosure.

上記実施形態では、SiC半導体装置10の構成例の一例を示したが、異なる構成とされていても良い。例えば、SiC半導体装置10を低濃度層13の上にn型のJFET部やp型の電界抑制層が備えられたものとしても良い。JFET部および電界抑制層は、例えば、それぞれX軸方向に沿って延設されると共に、Y軸方向において交互に繰り返し並べて配置された線状部分を有した構造とされる。また、バッファ層12の有無については適宜選択できる。そして、半導体回路に組み込まれる複数のSiC半導体装置10を選択する際に、バッファ層12を備えたSiC半導体装置10とバッファ層12を備えていないSiC半導体装置10の両方から選択されるようにしても良い。 The above embodiment shows an example of the configuration of the SiC semiconductor device 10, but different configurations are possible. For example, the SiC semiconductor device 10 may be provided with an n-type JFET section and a p-type electric field suppression layer on top of the low-concentration layer 13. The JFET section and the electric field suppression layer may have a structure in which linear portions extend along the X-axis and are arranged alternately and repeatedly in the Y-axis direction. The presence or absence of the buffer layer 12 can be selected as appropriate. Furthermore, when selecting multiple SiC semiconductor devices 10 to be incorporated into a semiconductor circuit, both SiC semiconductor devices 10 with the buffer layer 12 and SiC semiconductor devices 10 without the buffer layer 12 may be selected.

さらに、上記実施形態では、スイッチング素子としてMOSFETが備えられたSiC半導体装置10を例に挙げて説明したが、MOSFET以外のスイッチング素子、例えばIGBTであっても良い。 Furthermore, although the above embodiment described an example of a SiC semiconductor device 10 equipped with a MOSFET as a switching element, other switching elements such as IGBTs may also be used.

なお、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。 It goes without saying that, in each of the above embodiments, the elements constituting the embodiment are not necessarily essential unless explicitly stated as essential or considered fundamentally essential. Furthermore, in each of the above embodiments, when numerical values such as the number, numerical values, quantities, or ranges of the constituent elements of the embodiment are mentioned, the embodiment is not limited to those specific numbers unless explicitly stated as essential or considered fundamentally limited to those specific numbers. Also, when the shape, positional relationships, etc., of the constituent elements are mentioned in each of the above embodiments, the embodiment is not limited to those shapes, positional relationships, etc., unless explicitly stated or considered fundamentally limited to those specific shapes, positional relationships, etc.

10…SiC半導体装置、10a…一面、10b…他面、11…SiC基板、12…バッファ層、13…低濃度層、14…電流分散層、15…ディープ層、16…ベース層、17…ソース領域、18…コンタクト領域、19…トレンチ、20…ゲート絶縁膜、21…ゲート電極、22…層間絶縁膜、23…ソース電極、23a、23b…コンタクトホール、24…ドレイン電極、25a…コンタクトホール、31a、32a、51a~56a…MOSFET、31b、32b、51b~56b、BD…内蔵ダイオード、33…負荷、40…三相モータ、50…インバータ、51、53、55…上アーム、52、54、56…下アーム 10…SiC semiconductor device, 10a…One side, 10b…Other side, 11…SiC substrate, 12…Buffer layer, 13…Low-concentration layer, 14…Current dispersion layer, 15…Deep layer, 16…Base layer, 17…Source region, 18…Contact region, 19…Trench, 20…Gate insulating film, 21…Gate electrode, 22…Interlayer insulating film, 23…Source electrode, 23a, 23b…Contact hole, 24…Drain electrode, 25a…Contact hole, 31a, 32a, 51a-56a…MOSFET, 31b, 32b, 51b-56b, BD…Built-in diode, 33…Load, 40…Three-phase motor, 50…Inverter, 51, 53, 55…Upper arm, 52, 54, 56…Lower arm

Claims (3)

炭化珪素基板(11)を用いて形成された内蔵ダイオード(BD)が含まれるスイッチング素子を有する複数の炭化珪素半導体装置(10)が組み込まれる半導体回路の製造方法であって、
前記内蔵ダイオードへの通電に基づいて生じる電気特性変動の変動加速性を表すパラメータに基づいて、前記半導体回路に組み込む前記炭化珪素半導体装置を選択することと、
選択された前記炭化珪素半導体装置を組み込んで前記半導体回路の製造を行うことと、を含み、
前記炭化珪素半導体装置を選択することでは、
前記変動加速性を表すパラメータに基づいて、前記変動加速性を数値化することと、
前記変動加速性の数値の大小に基づいて前記炭化珪素半導体装置をグループ分けすることと、
前記半導体回路が前記複数の炭化珪素半導体装置を並列接続する接続形態とされる場合に、前記グループ分けされた前記炭化珪素半導体装置のグループの中から、少なくとも1つは前記変動加速性の数値が他のグループよりも小さいグループに含まれる前記炭化珪素半導体装置を選択する、半導体回路の製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor circuit incorporating a plurality of silicon carbide semiconductor devices (10) having switching elements that include built-in diodes (BDs) formed using a silicon carbide substrate (11),
The silicon carbide semiconductor device to be incorporated into the semiconductor circuit is selected based on a parameter that represents the acceleration of the fluctuations in electrical characteristics caused by energizing the built-in diode,
This includes manufacturing the semiconductor circuit by incorporating the selected silicon carbide semiconductor device,
By selecting the aforementioned silicon carbide semiconductor device,
Based on the parameter representing the aforementioned fluctuation acceleration, the fluctuation acceleration is quantified,
The silicon carbide semiconductor devices are grouped based on the magnitude of the aforementioned fluctuation acceleration value,
A method for manufacturing a semiconductor circuit, in which, when the semiconductor circuit is configured to connect a plurality of silicon carbide semiconductor devices in parallel, at least one silicon carbide semiconductor device is selected from the grouped silicon carbide semiconductor devices to be in a group in which the value of the fluctuation acceleration is smaller than that of the other groups .
炭化珪素基板(11)を用いて形成された内蔵ダイオード(BD)が含まれるスイッチング素子を有する複数の炭化珪素半導体装置(10)が組み込まれる半導体回路の製造方法であって、
前記内蔵ダイオードへの通電に基づいて生じる電気特性変動の変動加速性を表すパラメータに基づいて、前記半導体回路に組み込む前記炭化珪素半導体装置を選択することと、
選択された前記炭化珪素半導体装置を組み込んで前記半導体回路の製造を行うことと、を含み、
前記炭化珪素半導体装置を選択することでは、
前記変動加速性を表すパラメータに基づいて、前記変動加速性を数値化することと、
前記変動加速性の数値の大小に基づいて前記炭化珪素半導体装置をグループ分けすることと、
前記半導体回路が前記複数の炭化珪素半導体装置を直列接続する接続形態とされる場合に、前記グループ分けされた前記炭化珪素半導体装置の同じグループもしくは前記変動加速性の数値の大小が1つ異なるグループの範囲内で、前記炭化珪素半導体装置を選択する、半導体回路の製造方法。
A method for manufacturing a semiconductor circuit incorporating a plurality of silicon carbide semiconductor devices (10) having switching elements that include built-in diodes (BDs) formed using a silicon carbide substrate (11),
The silicon carbide semiconductor device to be incorporated into the semiconductor circuit is selected based on a parameter that represents the acceleration of the fluctuations in electrical characteristics caused by energizing the built-in diode,
This includes manufacturing the semiconductor circuit by incorporating the selected silicon carbide semiconductor device,
By selecting the aforementioned silicon carbide semiconductor device,
Based on the parameter representing the aforementioned fluctuation acceleration, the fluctuation acceleration is quantified,
The silicon carbide semiconductor devices are grouped based on the magnitude of the aforementioned fluctuation acceleration value,
A method for manufacturing a semiconductor circuit, wherein, when the semiconductor circuit is configured to connect a plurality of silicon carbide semiconductor devices in series, the silicon carbide semiconductor devices are selected from within the same group of grouped silicon carbide semiconductor devices or from groups whose numerical values of the fluctuation acceleration differ by one.
前記変動加速性を表すパラメータは、基底面転位密度と前記内蔵ダイオードへの通電時のホール密度の少なくとも一方が含まれている、請求項1または2に記載の半導体回路の製造方法。 The method for manufacturing a semiconductor circuit according to claim 1 or 2 , wherein the parameter representing the fluctuation acceleration includes at least one of the basal plane dislocation density and the hole density when current is applied to the built-in diode.
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