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JP2021012061A - Method for selecting silicon carbide semiconductor devices - Google Patents

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JP2021012061A JP2019125415A JP2019125415A JP2021012061A JP 2021012061 A JP2021012061 A JP 2021012061A JP 2019125415 A JP2019125415 A JP 2019125415A JP 2019125415 A JP2019125415 A JP 2019125415A JP 2021012061 A JP2021012061 A JP 2021012061A
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Abstract

【課題】特定の周波数で駆動可能な炭化珪素半導体装置を選別できる炭化珪素半導体装置の選別方法を提供する。【解決手段】内蔵ダイオード16aを有する炭化珪素半導体装置の選別方法である。炭化珪素半導体装置の内蔵ダイオード16aに所定の周波数の順方向電流を流す。次に、一周期中に順方向電流がオン状態である時間より短い時間の間、順方向電流の増加時に時間と電圧の曲線に極大値が発生している炭化珪素半導体装置を選別する。また、所定の周波数を増加し、増加させた周波数の順方向電流を炭化珪素半導体装置に流し、短い時間の間、順方向電流の増加時に時間と電圧の曲線に極大値が発生している炭化珪素半導体装置を選別する。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for selecting a silicon carbide semiconductor device capable of selecting a silicon carbide semiconductor device which can be driven at a specific frequency. A method for selecting a silicon carbide semiconductor device having a built-in diode 16a. A forward current of a predetermined frequency is passed through the built-in diode 16a of the silicon carbide semiconductor device. Next, the silicon carbide semiconductor device in which the maximum value is generated in the curve of time and voltage when the forward current increases for a time shorter than the time when the forward current is on in one cycle is selected. Further, the predetermined frequency is increased, and the forward current of the increased frequency is passed through the silicon carbide semiconductor device, and the maximum value is generated in the time and voltage curves when the forward current is increased for a short time. Select silicon semiconductor devices. [Selection diagram] Fig. 1

Description

この発明は、炭化珪素半導体装置の選別方法に関する。 The present invention relates to a method for selecting a silicon carbide semiconductor device.

従来、高電圧や大電流を制御するパワー半導体装置の構成材料として、シリコン(Si)が用いられている。パワー半導体装置は、バイポーラトランジスタやIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor:絶縁ゲート型電界効果トランジスタ)など複数種類あり、これらは用途に合わせて使い分けられている。 Conventionally, silicon (Si) has been used as a constituent material of a power semiconductor device that controls a high voltage or a large current. There are multiple types of power semiconductor devices, such as bipolar transistors, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors: Insulated Gate Bipolar Transistors), and MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors: Insulated Gate Field Effect Transistors), which can be used according to the application. Has been done.

例えば、バイポーラトランジスタやIGBTは、MOSFETに比べて電流密度は高く大電流化が可能であるが、高速にスイッチングさせることができない。具体的には、バイポーラトランジスタは数kHz程度のスイッチング周波数での使用が限界であり、IGBTは数十kHz程度のスイッチング周波数での使用が限界である。一方、パワーMOSFETは、バイポーラトランジスタやIGBTに比べて電流密度が低く大電流化が難しいが、数MHz程度までの高速スイッチング動作が可能である。 For example, bipolar transistors and IGBTs have a higher current density than MOSFETs and can increase the current, but they cannot be switched at high speed. Specifically, the bipolar transistor is limited to use at a switching frequency of about several kHz, and the IGBT is limited to use at a switching frequency of about several tens of kHz. On the other hand, the power MOSFET has a lower current density than the bipolar transistor and the IGBT, and it is difficult to increase the current, but high-speed switching operation up to about several MHz is possible.

しかしながら、市場では大電流と高速性とを兼ね備えたパワー半導体装置への要求が強く、IGBTやパワーMOSFETはその改良に力が注がれ、現在ではほぼ材料限界に近いところまで開発が進んでいる。パワー半導体装置の観点からシリコンに代わる半導体材料が検討されており、低オン電圧、高速特性、高温特性に優れた次世代のパワー半導体装置を作製(製造)可能な半導体材料として炭化珪素(SiC)が注目を集めている。 However, there is a strong demand in the market for power semiconductor devices that have both large current and high speed, and efforts have been made to improve IGBTs and power MOSFETs, and development is now progressing to near the material limit. .. Silicon carbide (SiC) is being studied as a semiconductor material that can replace silicon from the viewpoint of power semiconductor devices, and can manufacture (manufacture) next-generation power semiconductor devices with excellent low on-voltage, high-speed characteristics, and high-temperature characteristics. Is attracting attention.

その背景には、次のことが挙げられる。SiCは化学的に非常に安定な材料であり、バンドギャップが3eVと広く、高温でも半導体として極めて安定的に使用できる。また、最大電界強度もシリコンより1桁以上大きい。SiCはシリコンにおける材料限界を超える可能性大であることからパワー半導体用途、特にMOSFETでは今後の伸長が大きく期待される。特にそのオン抵抗が小さいことが期待されており、高耐圧特性を維持したままより一層の低オン抵抗を有する縦型SiC−MOSFETが期待できる。 The background to this is as follows. SiC is a chemically stable material, has a wide bandgap of 3 eV, and can be used extremely stably as a semiconductor even at high temperatures. Also, the maximum electric field strength is more than an order of magnitude higher than that of silicon. Since SiC has a high possibility of exceeding the material limit of silicon, future growth is expected in power semiconductor applications, especially MOSFETs. In particular, it is expected that the on-resistance is small, and a vertical SiC-MOSFET having a lower on-resistance while maintaining high withstand voltage characteristics can be expected.

従来の炭化珪素半導体装置の構造について、縦型MOSFETを例に説明する。図14は、従来の炭化珪素半導体装置の構造を示す断面図である。図14に示すように、n+型炭化珪素基板101のおもて面上にn型炭化珪素エピタキシャル層102が堆積され、n型炭化珪素エピタキシャル層102の表面上にp+型ベース領域103が選択的に設けられ、n型炭化珪素エピタキシャル層102の表面中にp型ベース層104が選択的に設けられる。また、p型ベース層104の表面中にn+型ソース領域105、p+型コンタクト領域106、n型ウェル領域107が選択的に設けられる。 The structure of a conventional silicon carbide semiconductor device will be described by taking a vertical MOSFET as an example. FIG. 14 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional silicon carbide semiconductor device. As shown in FIG. 14, the n-type silicon carbide epitaxial layer 102 is deposited on the front surface of the n + type silicon carbide substrate 101, and the p + type base region 103 is formed on the surface of the n-type silicon carbide epitaxial layer 102. It is selectively provided, and the p-type base layer 104 is selectively provided in the surface of the n-type silicon carbide epitaxial layer 102. Further, an n + type source region 105, a p + type contact region 106, and an n type well region 107 are selectively provided on the surface of the p-type base layer 104.

p型ベース層104およびn+型ソース領域105との表面上に、ゲート絶縁膜108を介してゲート電極109が設けられている。また、p+型コンタクト領域106およびn+型ソース領域105の表面上に、ソース電極110が設けられている。また、n+型炭化珪素基板101の裏面上には、ドレイン電極111が設けられている。 A gate electrode 109 is provided on the surface of the p-type base layer 104 and the n + -type source region 105 via a gate insulating film 108. Further, a source electrode 110 is provided on the surfaces of the p + type contact region 106 and the n + type source region 105. Further, a drain electrode 111 is provided on the back surface of the n + type silicon carbide substrate 101.

このような構造の縦型MOSFETは、ソース−ドレイン間にボディーダイオードとしてp+型ベース領域103とn型炭化珪素エピタキシャル層102とで形成される寄生pnダイオードを内蔵する。この寄生pnダイオードは、ソース電極110に高電位を印加することで動作させることができ、図14において矢印Aで示す方向に電流が流れる。このように、MOSFETではIGBTと異なり、寄生pnダイオードを内蔵しているため、インバータに用いる還流ダイオード(FWD:Free Wheeling Diode)を省略することができ、低コスト化および小型化に貢献する。これ以降、MOSFETの寄生pnダイオードを内蔵ダイオードと称する。 A vertical MOSFET having such a structure incorporates a parasitic pn diode formed by a p + type base region 103 and an n-type silicon carbide epitaxial layer 102 as a body diode between a source and a drain. This parasitic pn diode can be operated by applying a high potential to the source electrode 110, and a current flows in the direction indicated by the arrow A in FIG. As described above, unlike the IGBT, the MOSFET has a built-in parasitic pn diode, so that the freewheeling diode (FWD: Free Wheeling Diode) used for the inverter can be omitted, which contributes to cost reduction and miniaturization. Hereinafter, the parasitic pn diode of the MOSFET is referred to as a built-in diode.

この内蔵ダイオードを用いて、炭化珪素MOSFETを選別する方法が知られている。例えば、炭化珪素半導体装置の温度を235℃以上300℃以下に設定し、周波数が10kHz以上100kHz以下の順方向電流を流し、順方向電圧の変化率が3%より低い炭化珪素半導体装置を選別している(例えば、特許文献1参照)。これにより、インバータ回路で高温長時間使用しても、信頼性が低下することのない炭化珪素半導体装置をスクリーニングできる。 A method of selecting a silicon carbide MOSFET using this built-in diode is known. For example, a silicon carbide semiconductor device in which the temperature of the silicon carbide semiconductor device is set to 235 ° C. or higher and 300 ° C. or lower, a forward current having a frequency of 10 kHz or higher and 100 kHz or lower is passed, and the rate of change of the forward voltage is lower than 3% is selected. (See, for example, Patent Document 1). This makes it possible to screen a silicon carbide semiconductor device whose reliability does not deteriorate even when used in an inverter circuit at a high temperature for a long time.

特開2018−205251号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-20251

しかしながら、従来の炭化珪素MOSFETの選別方法では、特定の周波数で駆動可能な炭化珪素半導体装置を選別していなかった。所定の周波数の順方向電流を流して、炭化珪素半導体装置を選別しているため、所定の周波数より高い周波数で正常に動作する炭化珪素半導体装置を選別していない。また、所定の周波数で不適格品と選別された炭化珪素半導体装置でも、所定の周波数より低い周波数で正常に動作する場合があり、所定の周波数より低い周波数で正常に動作する炭化珪素半導体装置を選別していない。 However, the conventional method for selecting silicon carbide MOSFETs has not selected silicon carbide semiconductor devices that can be driven at a specific frequency. Since the silicon carbide semiconductor device is selected by passing a forward current of a predetermined frequency, the silicon carbide semiconductor device that normally operates at a frequency higher than the predetermined frequency is not selected. Further, even a silicon carbide semiconductor device selected as an unqualified product at a predetermined frequency may operate normally at a frequency lower than the predetermined frequency, and a silicon carbide semiconductor device that normally operates at a frequency lower than the predetermined frequency is used. Not sorted.

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、特定の周波数で駆動可能な炭化珪素半導体装置を選別できる炭化珪素半導体装置の選別方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a method for selecting a silicon carbide semiconductor device capable of selecting a silicon carbide semiconductor device that can be driven at a specific frequency in order to solve the above-mentioned problems caused by the prior art.

上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の選別方法は、次の特徴を有する。内蔵ダイオードを有する炭化珪素半導体装置の選別方法である。まず、前記炭化珪素半導体装置の前記内蔵ダイオードに所定の周波数の順方向電流を流す第1工程を行う。次に、前記所定の周波数の一周期中に前記順方向電流がオン状態である時間より短い時間の間、前記順方向電流の増加時に時間と電圧の曲線に極大値が発生している前記炭化珪素半導体装置を選別する第2工程を行う。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object of the present invention, the method for selecting a silicon carbide semiconductor device according to the present invention has the following features. This is a method for selecting a silicon carbide semiconductor device having a built-in diode. First, the first step of passing a forward current of a predetermined frequency through the built-in diode of the silicon carbide semiconductor device is performed. Next, the carbide in which a maximum value is generated in the time and voltage curves when the forward current increases for a time shorter than the time during which the forward current is in the ON state during one cycle of the predetermined frequency. The second step of selecting the silicon semiconductor device is performed.

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の選別方法は、上述した発明において、前記所定の周波数を増加する第3工程と、前記増加させた周波数の順方向電流を前記炭化珪素半導体装置に流し、前記短い時間の間、前記順方向電流の増加時に時間と電圧の曲線に極大値が発生している前記炭化珪素半導体装置を選別する第4工程と、をさらに含むことを特徴とする。 Further, in the method for selecting a silicon carbide semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, the third step of increasing the predetermined frequency and the forward current of the increased frequency are passed through the silicon carbide semiconductor device. It further comprises a fourth step of selecting the silicon carbide semiconductor device in which a maximum value is generated in the time and voltage curves when the forward current increases for the short time.

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の選別方法は、上述した発明において、前記炭化珪素半導体装置は、炭化珪素半導体基板のおもて面に設けられた第1導電型の第1半導体層と、前記第1半導体層の、前記炭化珪素半導体基板側に対して反対側に設けられた第2導電型の第2半導体層と、前記第2半導体層の表面層に選択的に設けられた、前記炭化珪素半導体基板よりも不純物濃度の高い第1導電型の第1半導体領域と、前記第2半導体層に接触するゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜の前記第2半導体層と接触する面と反対側の表面に設けられたゲート電極と、前記第1半導体領域と前記第2半導体層の表面に設けられた第1電極と、前記炭化珪素半導体基板の裏面に設けられた第2電極と、を備えることを特徴とする。 Further, according to the method for selecting a silicon carbide semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, the silicon carbide semiconductor device is the first conductive type first semiconductor layer provided on the front surface of the silicon carbide semiconductor substrate. , A second conductive type second semiconductor layer provided on the opposite side of the first semiconductor layer with respect to the silicon carbide semiconductor substrate side, and selectively provided on the surface layer of the second semiconductor layer. A first conductive type first semiconductor region having a higher impurity concentration than the silicon carbide semiconductor substrate, a gate insulating film in contact with the second semiconductor layer, and a surface of the gate insulating film in contact with the second semiconductor layer. A gate electrode provided on the opposite surface, a first electrode provided on the surface of the first semiconductor region and the second semiconductor layer, and a second electrode provided on the back surface of the silicon carbide semiconductor substrate. It is characterized by having.

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の選別方法は、上述した発明において、前記炭化珪素半導体装置は、前記第2半導体層を貫通して、前記第1半導体層に達するトレンチをさらに備え、前記ゲート電極は、前記トレンチの内部に前記ゲート絶縁膜を介して設けられていることを特徴とする。 Further, in the method for selecting a silicon carbide semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, the silicon carbide semiconductor device further includes a trench that penetrates the second semiconductor layer and reaches the first semiconductor layer. The gate electrode is characterized in that it is provided inside the trench via the gate insulating film.

また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の選別方法は、上述した発明において、前記炭化珪素半導体装置の耐圧は、3300V以上であることを特徴とする。 Further, the method for selecting a silicon carbide semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the withstand voltage of the silicon carbide semiconductor device is 3300 V or more.

上述した発明によれば、炭化珪素半導体装置に、所定の周波数の電流を印加し、短い時間の間、電流の増加時に時間と電圧の曲線に極大値が発生しているか否かで炭化珪素半導体装置を選別している。これにより、特定のスイッチング周波数で駆動可能な炭化珪素半導体装置を選別でき、高周波数で駆動可能な炭化珪素半導体装置を選別できる。 According to the above-described invention, a current of a predetermined frequency is applied to a silicon carbide semiconductor device, and the silicon carbide semiconductor is determined by whether or not a maximum value is generated in the time and voltage curves when the current increases for a short time. The equipment is being sorted. Thereby, the silicon carbide semiconductor device that can be driven at a specific switching frequency can be selected, and the silicon carbide semiconductor device that can be driven at a high frequency can be selected.

本発明にかかる炭化珪素半導体装置の選別方法によれば、特定の周波数で駆動可能な炭化珪素半導体装置を選別できるという効果を奏する。 According to the method for selecting a silicon carbide semiconductor device according to the present invention, it is possible to select a silicon carbide semiconductor device that can be driven at a specific frequency.

実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の選別方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the selection method of the silicon carbide semiconductor device which concerns on embodiment. 実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the silicon carbide semiconductor device which concerns on embodiment. 実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の内蔵ダイオードの順方向電圧の周波数依存性を示すグラフである。It is a graph which shows the frequency dependence of the forward voltage of the built-in diode of the silicon carbide semiconductor device which concerns on embodiment. 実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の内蔵ダイオードに周波数1kHzの電流を印加した際の時間と、電流、電圧との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the time when the current of the frequency 1kHz was applied to the built-in diode of the silicon carbide semiconductor device which concerns on embodiment, and the current and voltage. 実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の内蔵ダイオードに周波数100kHzの電流を印加した際の時間と、電流、電圧との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the time when the current of the frequency 100kHz was applied to the built-in diode of the silicon carbide semiconductor device which concerns on embodiment, and the current and voltage. 実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の内蔵ダイオードに複数の周波数の電流を印加した際の時間と、電流との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the time and the electric current when the electric current of a plurality of frequencies is applied to the built-in diode of the silicon carbide semiconductor device which concerns on embodiment. 実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の内蔵ダイオードに複数の周波数の電流を印加した際の時間と、電圧との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the voltage and the time when the current of a plurality of frequencies is applied to the built-in diode of the silicon carbide semiconductor device which concerns on embodiment. 実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である(その1)。It is sectional drawing which shows the state in the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device which concerns on embodiment (the 1). 実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である(その2)。It is sectional drawing which shows the state in the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device which concerns on embodiment (the 2). 実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である(その3)。It is sectional drawing which shows the state in the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device which concerns on embodiment (the 3). 実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である(その4)。It is sectional drawing which shows the state in the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device which concerns on embodiment (the 4). 実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である(その5)。It is sectional drawing which shows the state in the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device which concerns on embodiment (the 5). 実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である(その6)。It is sectional drawing which shows the state in the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device which concerns on embodiment (the 6). 従来の炭化珪素半導体装置の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the conventional silicon carbide semiconductor device.

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる炭化珪素半導体装置の選別方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。本明細書および添付図面においては、nまたはpを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、nやpに付す+および−は、それぞれそれが付されていない層や領域よりも高不純物濃度および低不純物濃度であることを意味する。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the method for selecting a silicon carbide semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and the accompanying drawings, it means that electrons or holes are a large number of carriers in the layers and regions marked with n or p, respectively. Further, + and-attached to n and p mean that the impurity concentration is higher and the impurity concentration is lower than that of the layer or region to which it is not attached, respectively. In the following description of the embodiment and the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the same configurations, and duplicate description will be omitted.

(実施の形態)
図1は、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の選別方法を示すフローチャートである。以下では、炭化珪素半導体装置として、MOSFETを例に説明するが、MOSゲート構造を有する他の炭化珪素半導体装置でも同様である。最初に、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置について説明する。図2は、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の構造を示す断面図である。
(Embodiment)
FIG. 1 is a flowchart showing a method of selecting a silicon carbide semiconductor device according to an embodiment. Hereinafter, MOSFETs will be described as an example of the silicon carbide semiconductor device, but the same applies to other silicon carbide semiconductor devices having a MOS gate structure. First, the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment will be described. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment.

半導体装置20は、半導体基板10のおもて面側にMOSゲート(金属−酸化膜−半導体の3層構造からなる絶縁ゲート)を備えた縦型MOSFETである。ここでは、半導体装置20がピン状の配線部材(後述する端子ピン48a)を用いた同一構成の配線構造を有する場合を例に説明するが、ピン状の配線部材に代えて、ワイヤーを用いた配線構造を有していてもよい。 The semiconductor device 20 is a vertical MOSFET having a MOS gate (insulated gate having a three-layer structure of metal-oxide film-semiconductor) on the front surface side of the semiconductor substrate 10. Here, a case where the semiconductor device 20 has a wiring structure having the same configuration using a pin-shaped wiring member (terminal pin 48a described later) will be described as an example, but a wire is used instead of the pin-shaped wiring member. It may have a wiring structure.

半導体基板10は、炭化珪素からなるn+型出発基板(炭化珪素半導体基板)31上にn-型ドリフト領域(第1導電型の第1半導体層)32およびp型ベース領域(第2導電型の第2半導体層)34aとなる各炭化珪素層71,72を順にエピタキシャル成長させたエピタキシャル基板である。半導体装置20は、半導体基板10のおもて面側に設けられたp型ベース領域34a、n+型ソース領域(第1導電型の第1半導体領域)35a、p++型コンタクト領域36a、トレンチ37a、ゲート絶縁膜38aおよびゲート電極39aで構成される一般的なMOSゲートを有する。 The semiconductor substrate 10 has an n - type drift region (first conductive type first semiconductor layer) 32 and a p-type base region (second conductive type) on an n + type starting substrate (silicon carbide semiconductor substrate) 31 made of silicon carbide. This is an epitaxial substrate in which the silicon carbide layers 71 and 72 to be the second semiconductor layer) 34a are epitaxially grown in this order. The semiconductor device 20 includes a p-type base region 34a, an n + type source region (first conductive type first semiconductor region) 35a, and a p ++ type contact region 36a provided on the front surface side of the semiconductor substrate 10. It has a general MOS gate composed of a trench 37a, a gate insulating film 38a, and a gate electrode 39a.

トレンチ37aは、半導体基板10のおもて面(p型炭化珪素層72の表面)から深さ方向Zにp型炭化珪素層72を貫通してn-型炭化珪素層71に達する。トレンチ37aは、例えば、半導体基板10のおもて面に平行な方向に延びるストライプ状に配置されている。 The trench 37a penetrates the p-type silicon carbide layer 72 in the depth direction Z from the front surface (the surface of the p-type silicon carbide layer 72) of the semiconductor substrate 10 and reaches the n - type silicon carbide layer 71. The trench 37a is arranged in a stripe shape extending in a direction parallel to the front surface of the semiconductor substrate 10, for example.

トレンチ37aの内部には、ゲート絶縁膜38aを介してゲート電極39aが設けられている。互いに隣り合う2つのトレンチ37a間(メサ領域)において、半導体基板10のおもて面の表面領域に、p型ベース領域34a、n+型ソース領域35aおよびp++型コンタクト領域36aがそれぞれ選択的に設けられている。n+型ソース領域35aおよびp++型コンタクト領域36aは、半導体基板10のおもて面とp型ベース領域34aの間に設けられている。 A gate electrode 39a is provided inside the trench 37a via a gate insulating film 38a. A p-type base region 34a, an n + -type source region 35a, and a p ++- type contact region 36a are selected as the surface region of the front surface of the semiconductor substrate 10 between two trenches 37a adjacent to each other (mesa region). It is provided as a target. The n + type source region 35a and the p ++ type contact region 36a are provided between the front surface of the semiconductor substrate 10 and the p-type base region 34a.

+型ソース領域35aは、p++型コンタクト領域36aよりもトレンチ37a側に設けられている。p++型コンタクト領域36aは設けられていなくてもよい。p++型コンタクト領域36aが設けられていない場合、n+型ソース領域35aよりもトレンチ37aから離れた箇所で、p型ベース領域34aが半導体基板10のおもて面まで達し、半導体基板10のおもて面に露出されている。 The n + type source region 35a is provided on the trench 37a side of the p ++ type contact region 36a. The p ++ type contact region 36a may not be provided. When the p ++ type contact region 36a is not provided, the p-type base region 34a reaches the front surface of the semiconductor substrate 10 at a position farther from the trench 37a than the n + type source region 35a, and the semiconductor substrate 10 It is exposed on the front surface.

半導体基板10の内部において、p型ベース領域34aよりもn+型ドレイン領域(n+型出発基板31)に近い位置に、p型ベース領域34aに接して、n-型ドリフト領域32が設けられている。p型ベース領域34aとn-型ドリフト領域32との間に、これらの領域に接して、n型電流拡散領域33aが設けられていてもよい。n型電流拡散領域33aは、キャリアの広がり抵抗を低減させる、いわゆる電流拡散層(Current Spreading Layer:CSL)である。 Inside the semiconductor substrate 10, an n - type drift region 32 is provided in contact with the p-type base region 34a at a position closer to the n + type drain region (n + type starting substrate 31) than the p-type base region 34a. ing. An n-type current diffusion region 33a may be provided between the p-type base region 34a and the n - type drift region 32 in contact with these regions. The n-type current diffusion region 33a is a so-called current diffusion layer (Curent Spreading Layer: CSL) that reduces the spread resistance of carriers.

また、半導体基板10の内部において、p型ベース領域34aよりもn+型ドレイン領域に近い位置に、第2p+型領域61aおよび第1p+型領域62aが設けられている。第2p+型領域61aは、p型ベース領域34aと離して設けられ、深さ方向Zにトレンチ37aの底面に対向する。第2p+型領域61aの一部は、第1p+型領域62aに連結されている。 Further, inside the semiconductor substrate 10, a second p + type region 61a and a first p + type region 62a are provided at positions closer to the n + type drain region than the p type base region 34a. The second p + type region 61a is provided apart from the p type base region 34a and faces the bottom surface of the trench 37a in the depth direction Z. A part of the second p + type region 61a is connected to the first p + type region 62a.

第1p+型領域62aは、第2p+型領域61aおよびトレンチ37aと離してメサ領域に設けられ、p型ベース領域34aに接する。第1,2p+型領域62a,61aは、p型ベース領域34aを介して半導体装置20のソース電位に固定されている。第1,2p+型領域62a,61aは、トレンチ37aの底面にかかる電界を緩和させる機能を有する。 The first p + type region 62a is provided in the mesa region apart from the second p + type region 61a and the trench 37a, and is in contact with the p type base region 34a. The 1,2P + -type regions 62a, 61a is fixed to the source potential of the semiconductor device 20 via the p-type base region 34a. The first and second p + type regions 62a and 61a have a function of relaxing the electric field applied to the bottom surface of the trench 37a.

層間絶縁膜40は、半導体基板10のおもて面全面に設けられ、ゲート電極39aを覆う。半導体装置20のすべてのゲート電極39aは、図示省略する部分で、ゲートランナー(不図示)を介してゲートパッド(不図示)に電気的に接続されている。ゲートランナーは、オン時に電流の流れる活性領域の周囲を囲み耐圧を保持するエッジ終端領域において、半導体基板10のおもて面上にフィールド絶縁膜(不図示)を介して設けられ、活性領域の周囲を略矩形状に囲むゲートポリシリコン層である。耐圧とは、素子が誤動作や破壊を起こさない限界の電圧である。 The interlayer insulating film 40 is provided on the entire front surface of the semiconductor substrate 10 and covers the gate electrode 39a. All the gate electrodes 39a of the semiconductor device 20 are electrically connected to the gate pad (not shown) via a gate runner (not shown) at a portion (not shown). The gate runner is provided on the front surface of the semiconductor substrate 10 via a field insulating film (not shown) in the edge termination region that surrounds the active region through which the current flows when turned on and maintains the withstand voltage. It is a gate polysilicon layer that surrounds the periphery in a substantially rectangular shape. The withstand voltage is the limit voltage at which the element does not malfunction or break.

層間絶縁膜40を深さ方向Zに貫通して半導体基板10に達する第1コンタクトホール40aには、半導体装置20のn+型ソース領域35aおよびp++型コンタクト領域36aが露出されている。第1コンタクトホール40aの内部において、半導体基板10のおもて面上に、ニッケルシリサイド(NiSi、Ni2Siまたは熱的に安定なNiSi2:以下、まとめてNiSiとする)膜41aが設けられている。 The n + type source region 35a and the p ++ type contact region 36a of the semiconductor device 20 are exposed in the first contact hole 40a that penetrates the interlayer insulating film 40 in the depth direction Z and reaches the semiconductor substrate 10. Inside the first contact hole 40a, on the front surface of the semiconductor substrate 10, a nickel silicide (NiSi, Ni 2 Si or thermally stable NiSi 2: hereinafter, collectively and NiSi with) the membrane 41a provided ing.

NiSi膜41aは、第1コンタクトホール40aの内部において半導体基板10にオーミック接触し、n+型ソース領域35aおよびp++型コンタクト領域36aに電気的に接続されている。p++型コンタクト領域36aが設けられていない場合には、p++型コンタクト領域36aに代えて、p型ベース領域34aが第1コンタクトホール40aに露出され、NiSi膜41aに電気的に接続される。 The NiSi film 41a is in ohmic contact with the semiconductor substrate 10 inside the first contact hole 40a and is electrically connected to the n + type source region 35a and the p ++ type contact region 36a. When the p ++ type contact region 36a is not provided, the p type base region 34a is exposed to the first contact hole 40a instead of the p ++ type contact region 36a and is electrically connected to the NiSi film 41a. Will be done.

層間絶縁膜40およびNiSi膜41aの表面全体に、バリアメタル46aが設けられている。バリアメタル46aは、バリアメタル46aの各金属膜間またはバリアメタル46aを挟んで対向する領域間での相互反応を防止する機能を有する。バリアメタル46aは、例えば、第1窒化チタン(TiN)膜42a、第1チタン(Ti)膜43a、第2TiN膜44aおよび第2Ti膜45aを順に積層した積層構造を有していてもよい。 A barrier metal 46a is provided on the entire surface of the interlayer insulating film 40 and the NiSi film 41a. The barrier metal 46a has a function of preventing mutual reaction between each metal film of the barrier metal 46a or between regions facing each other across the barrier metal 46a. The barrier metal 46a may have, for example, a laminated structure in which a first titanium nitride (TiN) film 42a, a first titanium (Ti) film 43a, a second TiN film 44a, and a second Ti film 45a are laminated in this order.

第1TiN膜42aは、層間絶縁膜40の表面のみに設けられ、層間絶縁膜40の表面全体を覆う。第1Ti膜43aは、第1TiN膜42aおよびNiSi膜41aの表面に設けられている。第2TiN膜44aは、第1Ti膜43aの表面に設けられている。第2Ti膜45aは、第2TiN膜44aの表面に設けられている。 The first TiN film 42a is provided only on the surface of the interlayer insulating film 40 and covers the entire surface of the interlayer insulating film 40. The first Ti film 43a is provided on the surfaces of the first TiN film 42a and the NiSi film 41a. The second TiN film 44a is provided on the surface of the first Ti film 43a. The second Ti film 45a is provided on the surface of the second TiN film 44a.

ソースパッド21aは、第1コンタクトホール40aに埋め込まれ、かつ第2Ti膜45aの表面全面に設けられている。ソースパッド21aは、バリアメタル46aおよびNiSi膜41aを介してn+型ソース領域35aおよびp型ベース領域34aに電気的に接続され、半導体装置20のソース電極として機能する。ソースパッド21aは、例えば、5μm程度の厚さのアルミニウム(Al)膜またはAl合金膜である。 The source pad 21a is embedded in the first contact hole 40a and is provided on the entire surface of the second Ti film 45a. The source pad 21a is electrically connected to the n + type source region 35a and the p-type base region 34a via the barrier metal 46a and the NiSi film 41a, and functions as a source electrode of the semiconductor device 20. The source pad 21a is, for example, an aluminum (Al) film or an Al alloy film having a thickness of about 5 μm.

具体的には、ソースパッド21aをAl合金膜とする場合、ソースパッド21aは、例えば、シリコンを全体の5%以下程度含むアルミニウム−シリコン(Al−Si)膜であってもよいし、シリコンを全体の5%以下程度および銅(Cu)を全体の5%以下程度含むアルミニウム−シリコン−銅(Al−Si−Cu)膜であってもよいし、銅を全体の5%以下程度含むアルミニウム−銅(Al−Cu)膜であってもよい。 Specifically, when the source pad 21a is an Al alloy film, the source pad 21a may be, for example, an aluminum-silicon (Al-Si) film containing about 5% or less of silicon, or may be made of silicon. It may be an aluminum-silicon-copper (Al-Si-Cu) film containing about 5% or less of the whole and about 5% or less of copper (Cu), or an aluminum-containing about 5% or less of copper. It may be a copper (Al—Cu) film.

ソースパッド21a上には、めっき膜47aおよびはんだ層(不図示)を介して、端子ピン48aの一方の端部が接合されている。端子ピン48aの他方の端部は、半導体基板10のおもて面に対向するように配置された金属バー(不図示)に接合されている。また、端子ピン48aの他方の端部は、半導体基板10を実装したケース(不図示)の外側に露出し、外部装置(不図示)と電気的に接続される。端子ピン48aは、所定直径を有する丸棒状(円柱状)の配線部材である。 One end of the terminal pin 48a is joined onto the source pad 21a via a plating film 47a and a solder layer (not shown). The other end of the terminal pin 48a is joined to a metal bar (not shown) arranged so as to face the front surface of the semiconductor substrate 10. The other end of the terminal pin 48a is exposed to the outside of a case (not shown) on which the semiconductor substrate 10 is mounted, and is electrically connected to an external device (not shown). The terminal pin 48a is a round bar-shaped (cylindrical) wiring member having a predetermined diameter.

端子ピン48aは、半導体基板10のおもて面に対して略垂直に立てた状態でめっき膜47aにはんだ接合されている。端子ピン48aは、ソースパッド21aの電位を外部に取り出す外部接続用端子であり、外部の接地電位(最低電位)に接続されている。ソースパッド21aの表面のめっき膜47a以外の部分は第1保護膜49aで覆われ、めっき膜47aと第1保護膜49aとの境界は第2保護膜50aで覆われている。第1,2保護膜49a,50aは例えばポリイミド膜である。 The terminal pin 48a is solder-bonded to the plating film 47a in a state of standing substantially perpendicular to the front surface of the semiconductor substrate 10. The terminal pin 48a is an external connection terminal that takes out the potential of the source pad 21a to the outside, and is connected to an external ground potential (lowest potential). The portion of the surface of the source pad 21a other than the plating film 47a is covered with the first protective film 49a, and the boundary between the plating film 47a and the first protective film 49a is covered with the second protective film 50a. The first and second protective films 49a and 50a are, for example, polyimide films.

ドレイン電極51は、半導体基板10の裏面(n+型出発基板31の裏面)全面にオーミック接触している。ドレイン電極51上には、例えば、Ti膜、ニッケル(Ni)膜および金(Au)膜を順に積層した積層構造でドレインパッド(電極パッド:不図示)が設けられている。ドレインパッドは、金属ベース板(不図示)にはんだ接合され、当該金属ベース板を介して冷却フィン(不図示)のベース部に少なくとも一部が接触している。 The drain electrode 51 is in ohmic contact with the entire back surface of the semiconductor substrate 10 (the back surface of the n + type starting substrate 31). On the drain electrode 51, for example, a drain pad (electrode pad: not shown) is provided in a laminated structure in which a Ti film, a nickel (Ni) film, and a gold (Au) film are laminated in this order. The drain pad is solder-bonded to a metal base plate (not shown), and at least a part of the drain pad is in contact with the base portion of the cooling fins (not shown) via the metal base plate.

図1に戻り、炭化珪素半導体装置の選別方法において、まず、炭化珪素半導体装置に印加する電流の周波数を設定する(ステップS1)。例えば、炭化珪素半導体装置が使用される最低のスイッチング周波数を印加する電流の周波数として設定する。また、炭化珪素半導体装置に印加する電流は、徐々に電流が上昇する三角波でも、電流が急激に上昇する矩形波でもかまわない。 Returning to FIG. 1, in the method of selecting the silicon carbide semiconductor device, first, the frequency of the current applied to the silicon carbide semiconductor device is set (step S1). For example, the lowest switching frequency used by a silicon carbide semiconductor device is set as the frequency of the applied current. Further, the current applied to the silicon carbide semiconductor device may be a triangular wave in which the current gradually increases or a rectangular wave in which the current rapidly increases.

次に、MOSFETの内蔵ダイオードに順方向電流を通電する(ステップS2)。具体的には、MOSFETのゲート電極39aとソース電極(ソースパッド21a)を短絡させ、ソース電極に正の電圧を印加し、ドレイン電極51の電位を0にすることで、内蔵ダイオード16a(図2参照)を通電する。 Next, a forward current is applied to the built-in diode of the MOSFET (step S2). Specifically, the gate electrode 39a of the MOSFET and the source electrode (source pad 21a) are short-circuited, a positive voltage is applied to the source electrode, and the potential of the drain electrode 51 is set to 0, whereby the built-in diode 16a (FIG. 2). (See) is energized.

ここで、図3は、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の内蔵ダイオードの順方向電圧の周波数依存性を示すグラフである。図3において、横軸は、n型エピタキシャルであるn-型炭化珪素層71の厚さを示し、単位はμmである。縦軸は、内蔵ダイオード16aの順方向電圧Vfを示し、単位はVである。 Here, FIG. 3 is a graph showing the frequency dependence of the forward voltage of the built-in diode of the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment. In FIG. 3, the horizontal axis represents the thickness of the n - type silicon carbide layer 71, which is n-type epitaxial, and the unit is μm. The vertical axis represents the forward voltage Vf of the built-in diode 16a, and the unit is V.

炭化珪素半導体装置の内蔵ダイオード16aの順方向電圧Vfは3V程度であるが、図3に示すように、n-型炭化珪素層71が厚くなるほど、つまり、耐圧が高くなるほど順方向電圧Vfが高くなる。さらに、内蔵ダイオードに通電した順方向電流の周波数が高くなるほど順方向電圧Vfが高くなる。 The forward voltage Vf of the built-in diode 16a of the silicon carbide semiconductor device is about 3V, but as shown in FIG. 3, the thicker the n - type silicon carbide layer 71, that is, the higher the withstand voltage, the higher the forward voltage Vf. Become. Further, the higher the frequency of the forward current energized in the built-in diode, the higher the forward voltage Vf.

順方向電流の周波数が高くなると、n-型炭化珪素層71の内部での伝導度変調に時間遅れが発生して、伝導度変調が不均一になりやすくなる。このため、順方向電流の周波数が高くなるほど、順方向電圧Vfが高くなる。また、n-型炭化珪素層71が厚いほど内部に結晶欠陥が潜在的に発生しやすくなり、結晶欠陥の領域でライフタイムを低下させ、伝導度変調が不均一になりやすく、n-型炭化珪素層71が厚いほど順方向電圧Vfが高くなる。 When the frequency of the forward current becomes high, a time delay occurs in the conductivity modulation inside the n - type silicon carbide layer 71, and the conductivity modulation tends to be non-uniform. Therefore, the higher the frequency of the forward current, the higher the forward voltage Vf. Further, the thicker the n - type silicon carbide layer 71 is, the more likely it is that crystal defects are potentially generated inside, the lifetime is lowered in the region of the crystal defects, the conductivity modulation is likely to be non-uniform, and the n - type silicon carbide is easily generated. The thicker the silicon layer 71, the higher the forward voltage Vf.

この図3は、順方向電流を長時間印加した後での順方向電圧Vfの測定結果であり、長時間印加した後では、順方向電圧Vfが高くなるが内蔵ダイオード16aは正常に動作しているように見え、炭化珪素半導体装置を選別することはできない。ここで、長時間とは、順方向電流の周波数の一周期よりも長い時間である。例えば、1kHzの周波数である場合、一周期は1msであり、長時間は1msより長い時間である。 FIG. 3 shows the measurement result of the forward voltage Vf after the forward current is applied for a long time. After the forward current is applied for a long time, the forward voltage Vf becomes high, but the built-in diode 16a operates normally. It seems that the silicon carbide semiconductor device cannot be selected. Here, the long time is a time longer than one cycle of the frequency of the forward current. For example, in the case of a frequency of 1 kHz, one cycle is 1 ms, and a long time is longer than 1 ms.

このため、実施の形態では、短い時間での内蔵ダイオード16aの電流と電圧との関係から炭化珪素半導体装置を選別する。ここで、短い時間とは、順方向電流の周波数の一周期中において、順方向電流がオン状態である時間より短い時間である。オン状態とは、順方向電流の電流値が0より大きい状態であり、オフ状態は、順方向電流の電流値が0の状態である。例えば、1kHzの周波数でDuty比(オン状態の時間とオフ状態の時間の和である全時間に対するオン状態である時間の比)が50%である場合、一周期に順方向電流がオン状態である時間は500μsである。そこで、実施の形態では、短い時間の間、電流の増加時に時間と電圧の曲線にこぶ(極大値)が発生しているか否かを判断する(ステップS3)。 Therefore, in the embodiment, the silicon carbide semiconductor device is selected based on the relationship between the current and the voltage of the built-in diode 16a in a short time. Here, the short time is a time shorter than the time during which the forward current is on in one cycle of the frequency of the forward current. The on state is a state in which the current value of the forward current is larger than 0, and the off state is a state in which the current value of the forward current is 0. For example, when the duty ratio (the ratio of the time in the on state to the total time, which is the sum of the time in the on state and the time in the off state) is 50% at a frequency of 1 kHz, the forward current is in the on state in one cycle. A certain time is 500 μs. Therefore, in the embodiment, it is determined whether or not a hump (maximum value) is generated in the curve of time and voltage when the current increases for a short time (step S3).

図4は、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の内蔵ダイオードに周波数1kHzの電流を印加した際の時間と、電流、電圧との関係を示すグラフである。図4において、横軸は、時間を示し、単位はμsである。縦軸は、内蔵ダイオード16aの電圧と電流を示す。図4では、1kHzの周波数で、Duty比が50%である電流を流した際の、0μs〜500μsまでの電流、電圧を示している。電流はIの直線であり、電圧は複数のVの直線である。n-型炭化珪素層71が5μm〜60μmの場合の電圧であり、最も低い電圧は5μmの場合であり、次に低い電圧は10μmの場合であり、順に15μm、30μmとなり、最も高い電圧は60μmの場合である。図4に示すように、1kHz程度の低周波数では、電流増加に比例して電圧も同時に増加している。 FIG. 4 is a graph showing the relationship between the time, current, and voltage when a current having a frequency of 1 kHz is applied to the built-in diode of the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment. In FIG. 4, the horizontal axis represents time and the unit is μs. The vertical axis shows the voltage and current of the built-in diode 16a. FIG. 4 shows the current and voltage from 0 μs to 500 μs when a current having a duty ratio of 50% is applied at a frequency of 1 kHz. The current is a straight line of I and the voltage is a straight line of multiple Vs. The voltage when the n - type silicon carbide layer 71 is 5 μm to 60 μm, the lowest voltage is 5 μm, the next lowest voltage is 10 μm, and the highest voltage is 60 μm, which is 15 μm and 30 μm, respectively. This is the case. As shown in FIG. 4, at a low frequency of about 1 kHz, the voltage also increases in proportion to the increase in current.

図5は、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の内蔵ダイオードに周波数100kHzの電流を印加した際の時間と、電流、電圧との関係を示すグラフである。図5において、横軸は、時間を示し、単位はμsである。縦軸は、内蔵ダイオード16aの電圧と電流を示す。図5では、100kHzの周波数で、Duty比が50%である電流を流した際の、0μs〜5μsまでの電流、電圧を示している。電流はIの直線であり、電圧は複数のVの曲線である。n-型炭化珪素層71が5μm〜60μmの場合の電圧であり、図4と同様に最も低い電圧は5μmの場合であり、次に低い電圧は10μmの場合であり、順に15μm、30μmとなり、最も高い電圧は60μmの場合である。 FIG. 5 is a graph showing the relationship between the time, current, and voltage when a current having a frequency of 100 kHz is applied to the built-in diode of the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment. In FIG. 5, the horizontal axis represents time and the unit is μs. The vertical axis shows the voltage and current of the built-in diode 16a. FIG. 5 shows the current and voltage from 0 μs to 5 μs when a current having a duty ratio of 50% is passed at a frequency of 100 kHz. The current is a straight line of I and the voltage is a curve of multiple Vs. The voltage when the n - type silicon carbide layer 71 is 5 μm to 60 μm, the lowest voltage is 5 μm as in FIG. 4, the next lowest voltage is 10 μm, and the voltage is 15 μm and 30 μm, respectively. The highest voltage is at 60 μm.

図5に示すように、100kHz程度の高周波数になると、電流増加時に電圧が同時に増加せず、減少する場合がある。つまり、時間と電圧の曲線にこぶ(極大値)Pが発生している。図5では、n-型炭化珪素層71の厚さが30μm以上であると、こぶが発生し、30μmより薄いとこぶが発生していない。 As shown in FIG. 5, at a high frequency of about 100 kHz, the voltage may not increase at the same time as the current increases, but may decrease. That is, a hump (maximum value) P is generated on the curve of time and voltage. In FIG. 5, when the thickness of the n - type silicon carbide layer 71 is 30 μm or more, humps are generated, and when the thickness is thinner than 30 μm, humps are not generated.

ドレイン電極に負の電圧が印加され、ソース電極に正の電圧が印加されるとn-型炭化珪素層71で伝導度変調が起こり通電が始まる。n-型炭化珪素層71が厚くなり、さらに周波数が高くなると、つまりオン状態である時間が短くなると外からの電流変化に対応する伝導度変調が間に合わず、伝導度変調が不均一になりやすくなる。特に、深さ方向での不均一になりやすい。 When a negative voltage is applied to the drain electrode and a positive voltage is applied to the source electrode, conductivity modulation occurs in the n - type silicon carbide layer 71 and energization starts. When the n - type silicon carbide layer 71 becomes thicker and the frequency becomes higher, that is, when the on-state time becomes shorter, the conductivity modulation corresponding to the change in current from the outside cannot be made in time, and the conductivity modulation tends to be non-uniform. Become. In particular, it tends to be non-uniform in the depth direction.

このため、電流が外部から強制的に通電され、高周波数化に伴い、di/dtが高くなると、この電流を維持するために素子内部の、n-型ドリフト領域32と第1p+型領域62aとの界面等のpn接合層近辺で素子自体が電界を高くしてドリフト電流により、電流を流すようにする必要がある。このため、低い電流値で急に電圧が高くなっている。特に、n-型炭化珪素層71の厚さが20μm以上で、n-型炭化珪素層71内に結晶欠陥が多く存在すると伝導度変調が不均一になり、急激な電流の立ち上がりに電圧が対応できない素子となり、時間と電圧の曲線にこぶが発生する。このような、半導体素子では、急激な電流の立ち上がりに電圧が追従できないため、高周波数での駆動に適していない。 Therefore, when the current is forcibly energized from the outside and the di / dt increases as the frequency increases, the n - type drift region 32 and the first p + type region 62a inside the element are used to maintain this current. It is necessary for the element itself to raise the electric field in the vicinity of the pn junction layer such as the interface with and to allow the current to flow by the drift current. Therefore, the voltage suddenly rises at a low current value. In particular, if the thickness of the n - type silicon carbide layer 71 is 20 μm or more and there are many crystal defects in the n - type silicon carbide layer 71, the conductivity modulation becomes non-uniform and the voltage corresponds to a sudden rise in current. It becomes an element that cannot be used, and a hump is generated on the time and voltage curves. Such a semiconductor element is not suitable for driving at a high frequency because the voltage cannot follow the sudden rise of the current.

一方、n-型炭化珪素層71の厚さが20μm以上でも、n-型炭化珪素層71内に結晶欠陥があまり存在しないと、di/dtが高くなっても、つまり電流の周波数が高くなっても、急激な電流の立ち上がりに電圧が追従でき、時間と電圧の曲線にこぶが発生しない。このような、半導体素子は、高周波数での駆動が可能である。 On the other hand, even if the thickness of the n - type silicon carbide layer 71 is 20 μm or more, if there are not many crystal defects in the n - type silicon carbide layer 71, the di / dt becomes high, that is, the current frequency becomes high. However, the voltage can follow the sudden rise of the current, and no hump is generated in the time and voltage curves. Such a semiconductor element can be driven at a high frequency.

したがって、実施の形態では、短い時間の間、電流の増加時に時間と電圧の曲線にこぶ(極大値)が発生していない場合(ステップS3:No)、当該半導体装置を、記録された周波数より低い周波数で駆動可能、または、使用不可能と選別する(ステップS8)。ステップS4による記録された周波数がある場合、記録された周波数より低い周波数で駆動可能と選別して、ステップS4による記録された周波数がない場合、つまり、最も低い周波数でも短い時間の間、電流の増加時に時間と電圧の曲線に極大値が発生している場合は、使用不可能と選別する。ここで、選別基準は必ずしもこぶ(極大値)の有無で選別する必要はなく、こぶ(極大値)の大きさとしてもかまわない。 Therefore, in the embodiment, when a hump (maximum value) does not occur in the time and voltage curves when the current increases for a short time (step S3: No), the semiconductor device is moved from the recorded frequency. It is selected as driveable or unusable at a low frequency (step S8). If there is a frequency recorded by step S4, it is selected as driveable at a frequency lower than the recorded frequency, and if there is no frequency recorded by step S4, that is, even the lowest frequency is of current for a short time. If the time and voltage curves have maximum values at the time of increase, it is classified as unusable. Here, the selection criterion does not necessarily have to be based on the presence or absence of a hump (maximum value), and may be the size of the hump (maximum value).

また、短い時間の間、電流の増加時に時間と電圧の曲線にこぶ(極大値)が発生している場合(ステップS3:Yes)、設定された周波数で駆動可能と記録する(ステップS4)。例えば、本フローチャートをコンピュータが実行する場合、コンピュータの記録装置に記録する。次に、設定された周波数を増加する(ステップS5)。例えば、一定周波数を増加させてもよいし、炭化珪素半導体装置は使用されるスイッチング周波数毎に増加してもよい。例えば、1kHz,10kHz,20kHz、50kHz,100kHzのスイッチング周波数が炭化珪素半導体装置で用いられる場合、周波数を1kHz,10kHz,20kHz、50kHz,100kHzと順に増加させてもよい。 Further, if a hump (maximum value) is generated in the curve of time and voltage when the current increases for a short time (step S3: Yes), it is recorded that the drive can be performed at the set frequency (step S4). For example, when the computer executes this flowchart, it is recorded in the recording device of the computer. Next, the set frequency is increased (step S5). For example, the constant frequency may be increased, or the silicon carbide semiconductor device may be increased for each switching frequency used. For example, when switching frequencies of 1 kHz, 10 kHz, 20 kHz, 50 kHz, and 100 kHz are used in a silicon carbide semiconductor device, the frequencies may be increased in the order of 1 kHz, 10 kHz, 20 kHz, 50 kHz, and 100 kHz.

次に、周波数が上限周波数に達したか否かを判断する(ステップS6)。上限周波数とは、炭化珪素半導体装置は使用される最大のスイッチング周波数である。上限周波数以上で試験を行う必要がないため、周波数が上限周波数に達した場合(ステップS6:Yes)、当該半導体装置を、上限周波数で駆動可能と選別する(ステップS7)。 Next, it is determined whether or not the frequency has reached the upper limit frequency (step S6). The upper limit frequency is the maximum switching frequency used by silicon carbide semiconductor devices. Since it is not necessary to perform the test at the upper limit frequency or higher, when the frequency reaches the upper limit frequency (step S6: Yes), the semiconductor device is selected as being driveable at the upper limit frequency (step S7).

一方、周波数が上限周波数に達していない場合(ステップS6:No)、ステップS2に戻り、増加させた周波数で試験を再度行う。また、n-型炭化珪素層71の厚さが厚いほど、時間と電圧の曲線にこぶが発生しやすいため、実施の形態の選別方法は、n-型炭化珪素層71の厚さが厚い炭化珪素半導体装置に効果的である。n-型炭化珪素層71の厚さは、耐圧600V、1200V、1700V、3300V、6500Vクラスである場合、それぞれ例えば5μm、10μm、15μm、30μm、60μm程度であり、実施の形態の選別方法は、n-型炭化珪素層71の厚さが30μm以上で耐圧が3300Vクラス以上の炭化珪素半導体装置に効果的である。 On the other hand, when the frequency has not reached the upper limit frequency (step S6: No), the process returns to step S2, and the test is performed again at the increased frequency. Further, the thicker the n - type silicon carbide layer 71 is, the more humps are likely to occur in the time and voltage curves. Therefore, the selection method of the embodiment is based on the thicker n - type silicon carbide layer 71. Effective for silicon semiconductor devices. The thickness of the n - type silicon carbide layer 71 is, for example, about 5 μm, 10 μm, 15 μm, 30 μm, and 60 μm when the withstand voltage is 600 V, 1200 V, 1700 V, 3300 V, and 6500 V class, respectively. It is effective for silicon carbide semiconductor devices having an n - type silicon carbide layer 71 having a thickness of 30 μm or more and a withstand voltage of 3300 V class or more.

ここで、図6および図7は、ステップS2〜ステップS5間の複数回の試験の結果を示す。図6は、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の内蔵ダイオードに複数の周波数の電流を印加した際の時間と、電流との関係を示すグラフである。図7は、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の内蔵ダイオードに複数の周波数の電流を印加した際の時間と、電圧との関係を示すグラフである。 Here, FIGS. 6 and 7 show the results of a plurality of tests between steps S2 and S5. FIG. 6 is a graph showing the relationship between the time and the current when currents of a plurality of frequencies are applied to the built-in diode of the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment. FIG. 7 is a graph showing the relationship between the voltage and the time when currents of a plurality of frequencies are applied to the built-in diode of the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment.

図6において、横軸は、時間を示し、単位はμsである。縦軸は、内蔵ダイオード16aの電流を示す。図7において、横軸は、時間を示し、単位はμsである。縦軸は、内蔵ダイオード16aの電圧を示す。 In FIG. 6, the horizontal axis represents time and the unit is μs. The vertical axis shows the current of the built-in diode 16a. In FIG. 7, the horizontal axis represents time and the unit is μs. The vertical axis shows the voltage of the built-in diode 16a.

まず、図6の(1)の低周波数、例えば、10kHzの電流を流す。この場合、図7の(1)に示すように、こぶが発生していない。次に、図6の(2)の周波数、例えば、20kHzの電流を流す。この場合、図7の(2)に示すように、こぶが発生していない。次に、図6の(3)の周波数、例えば、50kHzの電流を流す。この場合、図7の(3)に示すように、こぶが発生している。このため、ここでの炭化珪素半導体装置は、図6の(2)の周波数、例えば、20kHz以下の周波数で用いるようにする。また、図6および図7では、図6の(4)の周波数、例えば、100kHzの電流を流す場合も行っている。この場合、図7の(4)に示すように、こぶが図7の(3)の場合より大きくなっている。 First, a current having a low frequency (1) of FIG. 6, for example, 10 kHz is passed. In this case, as shown in (1) of FIG. 7, no hump is generated. Next, a current of the frequency (2) of FIG. 6, for example, 20 kHz is passed. In this case, as shown in (2) of FIG. 7, no hump is generated. Next, a current of the frequency (3) of FIG. 6, for example, 50 kHz is passed. In this case, as shown in FIG. 7 (3), a hump is generated. Therefore, the silicon carbide semiconductor device here is used at the frequency (2) of FIG. 6, for example, at a frequency of 20 kHz or less. Further, in FIGS. 6 and 7, a current of the frequency (4) of FIG. 6, for example, 100 kHz is passed. In this case, as shown in (4) of FIG. 7, the hump is larger than that of (3) of FIG.

これにより、本フローチャートによる一連の処理は終了する。本フローチャートを実行することにより、特定のスイッチング周波数で駆動可能な炭化珪素半導体装置を選別でき、高周波数で駆動可能な炭化珪素半導体装置を選別できる。 As a result, a series of processes according to this flowchart is completed. By executing this flowchart, a silicon carbide semiconductor device that can be driven at a specific switching frequency can be selected, and a silicon carbide semiconductor device that can be driven at a high frequency can be selected.

次に、実施の形態にかかる半導体装置の製造方法について説明する。図8〜図13は、実施の形態にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。 Next, a method of manufacturing the semiconductor device according to the embodiment will be described. 8 to 13 are cross-sectional views showing a state in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the embodiment.

まず、図8に示すように、炭化珪素からなるn+型出発基板(半導体ウエハ)31を用意する。n+型出発基板31は、例えば窒素(N)ドープの炭化珪素単結晶基板であってもよい。次に、n+型出発基板31のおもて面に、n+型出発基板31よりも低濃度に窒素がドープされたn-型炭化珪素層71をエピタキシャル成長させる。半導体装置20が耐圧3300Vクラスである場合、n-型炭化珪素層71の厚さt11は、例えば30μm程度であってもよい。 First, as shown in FIG. 8, an n + type starting substrate (semiconductor wafer) 31 made of silicon carbide is prepared. The n + type starting substrate 31 may be, for example, a nitrogen (N) -doped silicon carbide single crystal substrate. Then, the front surface of the n + -type starting substrate 31, n nitrogen is lightly doped than n + -type starting substrate 31 - -type silicon carbide layer 71 is epitaxially grown. When the semiconductor device 20 has a withstand voltage of 3300 V class, the thickness t11 of the n - type silicon carbide layer 71 may be, for example, about 30 μm.

次に、図9に示すように、フォトリソグラフィおよび例えばAl等のp型不純物のイオン注入により、n-型炭化珪素層71の表面領域に、第2p+型領域61aおよびp+型領域81をそれぞれ選択的に形成する。このp+型領域81は、第1p+型領域62aの一部である。第2p+型領域61aとp+型領域81とは、例えば図2の第1方向Xに交互に繰り返し配置される。 Next, as shown in FIG. 9, the second p + type region 61a and the p + type region 81 are formed on the surface region of the n type silicon carbide layer 71 by photolithography and ion implantation of a p-type impurity such as Al. Each is selectively formed. The p + type region 81 is a part of the first p + type region 62a. The second p + type region 61a and the p + type region 81 are alternately and repeatedly arranged, for example, in the first direction X in FIG.

互いに隣り合う第2p+型領域61aとp+型領域81との間の距離d2は、例えば1.5μm程度であってもよい。第2p+型領域61aおよびp+型領域81の深さd1および不純物濃度は、例えばそれぞれ0.5μm程度および5.0×1018/cm3程度であってもよい。そして、第2p+型領域61aおよびp+型領域81の形成に用いたイオン注入用マスク(不図示)を除去する。 The distance d2 between the second p + type region 61a and the p + type region 81 adjacent to each other may be, for example, about 1.5 μm. The depth d1 and the impurity concentration of the second p + type region 61a and the p + type region 81 may be, for example, about 0.5 μm and about 5.0 × 10 18 / cm 3 , respectively. Then, the ion implantation mask (not shown) used for forming the second p + type region 61a and the p + type region 81 is removed.

次に、フォトリソグラフィおよび例えば窒素等のn型不純物のイオン注入により、n-型炭化珪素層71の表面領域にn型領域82を形成する。n型領域82は、例えば、第2p+型領域61aとp+型領域81との間に、これらの領域に接して形成される。n型領域82の深さd3および不純物濃度は、例えばそれぞれ0.4μm程度および1.0×1017/cm3程度であってもよい。 Next, by ion implantation of n-type impurities such as photolithography and example nitrogen, n - to form an n-type region 82 in the surface region of the -type silicon carbide layer 71. The n-type region 82 is formed, for example, between the second p + type region 61a and the p + type region 81 in contact with these regions. The depth d3 and the impurity concentration of the n-type region 82 may be, for example, about 0.4 μm and about 1.0 × 10 17 / cm 3 , respectively.

このn型領域82は、n型電流拡散領域33aの一部である。n-型炭化珪素層71の、n型領域82、第2p+型領域61aおよびp+型領域81と、n+型出発基板31と、に挟まれた部分がn-型ドリフト領域32となる。そして、n型領域82の形成に用いたイオン注入用マスク(不図示)を除去する。n型領域82と、第2p+型領域61aおよびp+型領域81と、の形成順序を入れ替えてもよい。 The n-type region 82 is a part of the n-type current diffusion region 33a. The portion of the n - type silicon carbide layer 71 sandwiched between the n-type region 82, the second p + type region 61a and the p + type region 81, and the n + type starting substrate 31 is the n - type drift region 32. .. Then, the ion implantation mask (not shown) used for forming the n-type region 82 is removed. The formation order of the n-type region 82 and the second p + type region 61a and the p + type region 81 may be interchanged.

次に、図10に示すように、n-型炭化珪素層71上にさらに例えば窒素等のn型不純物をドープしたn-型炭化珪素層を例えば0.5μmの厚さt12でエピタキシャル成長させて、n-型炭化珪素層71の厚さを厚くする。 Next, as shown in FIG. 10, n - -type n doped with n-type impurities further on the silicon carbide layer 71 such as nitrogen or the like - a type thickness t12 of the silicon carbide layer for example 0.5μm by epitaxial growth, The thickness of the n - type silicon carbide layer 71 is increased.

次に、フォトリソグラフィおよびAl等のp型不純物のイオン注入により、n-型炭化珪素層71の厚さを増した部分71aに、p+型領域81に達する深さでp+型領域83を選択的に形成する。深さ方向Zに互いに隣接するp+型領域81,83同士が連結されて第1p+型領域62aが形成される。p+型領域83の幅および不純物濃度は、例えばp+型領域81と略同じである。そして、p+型領域83の形成に用いたイオン注入用マスク(不図示)を除去する。 Next, the p + type region 83 is formed in the portion 71a where the thickness of the n - type silicon carbide layer 71 is increased by photolithography and ion implantation of a p-type impurity such as Al at a depth reaching the p + type region 81. Form selectively. The p + type regions 81 and 83 adjacent to each other in the depth direction Z are connected to each other to form the first p + type region 62a. The width and impurity concentration of the p + type region 83 are substantially the same as, for example, the p + type region 81. Then, the ion implantation mask (not shown) used for forming the p + type region 83 is removed.

次に、フォトリソグラフィおよび例えば窒素などのn型不純物のイオン注入により、n-型炭化珪素層71の厚さを増した部分71aに、n型領域82に達する深さでn型領域84を選択的に形成する。n型領域84の不純物濃度は、例えばn型領域82と略同じである。深さ方向Zに互いに隣接するn型領域82,84同士が連結されてn型電流拡散領域33aが形成される。p+型領域83とn型領域84との形成順序を入れ替えてもよい。そして、n型領域84の形成に用いたイオン注入用マスク(不図示)を除去する。 Next, the n-type region 84 is selected at a depth reaching the n-type region 82 in the portion 71a in which the thickness of the n - type silicon carbide layer 71 is increased by photolithography and ion implantation of an n-type impurity such as nitrogen. Form. The impurity concentration of the n-type region 84 is substantially the same as that of, for example, the n-type region 82. The n-type regions 82 and 84 adjacent to each other in the depth direction Z are connected to each other to form the n-type current diffusion region 33a. The formation order of the p + type region 83 and the n type region 84 may be exchanged. Then, the ion implantation mask (not shown) used for forming the n-type region 84 is removed.

次に、図11に示すように、n-型炭化珪素層71上に、例えばAl等のp型不純物をドープしたp型炭化珪素層72をエピタキシャル成長させる。p型炭化珪素層72の厚さt13および不純物濃度は、例えば、それぞれ1.3μm程度および4.0×1017/cm3程度であってもよい。これにより、n+型出発基板31上にエピタキシャル成長によりn-型炭化珪素層71およびp型炭化珪素層72を順に積層した半導体基板(半導体ウエハ)10が形成される。 Next, as shown in FIG. 11, a p-type silicon carbide layer 72 doped with a p-type impurity such as Al is epitaxially grown on the n - type silicon carbide layer 71. The thickness t13 and the impurity concentration of the p-type silicon carbide layer 72 may be, for example, about 1.3 μm and about 4.0 × 10 17 / cm 3 , respectively. As a result, the semiconductor substrate (semiconductor wafer) 10 in which the n - type silicon carbide layer 71 and the p-type silicon carbide layer 72 are sequentially laminated on the n + type starting substrate 31 is formed by epitaxial growth.

次に、フォトリソグラフィ、イオン注入およびイオン注入用マスクの除去を1組とする工程を異なる条件で繰り返し行い、p型炭化珪素層72に、メイン有効領域1aにおいて半導体装置20のn+型ソース領域35aおよびp++型コンタクト領域36aをそれぞれ選択的に形成する。 Next, the steps of photolithography, ion implantation, and removal of the ion implantation mask are repeated under different conditions, and the p-type silicon carbide layer 72 is subjected to the n + type source region of the semiconductor device 20 in the main effective region 1a. 35a and p ++ type contact region 36a are selectively formed.

+型ソース領域35aおよびp++型コンタクト領域36aの形成順序を入れ替えてもよい。n+型ソース領域35aおよびp++型コンタクト領域36aと、n-型炭化珪素層71と、に挟まれた部分がp型ベース領域34aとなる。上述した各イオン注入において、例えばレジスト膜や酸化膜をイオン注入用マスクとして用いてもよい。 The formation order of the n + type source region 35a and the p ++ type contact region 36a may be interchanged. The portion sandwiched between the n + type source region 35a, the p ++ type contact region 36a, and the n type silicon carbide layer 71 becomes the p type base region 34a. In each of the above-mentioned ion implantations, for example, a resist film or an oxide film may be used as an ion implantation mask.

次に、イオン注入で形成した拡散領域(第1,2p+型領域62a,61a、n型電流拡散領域33a、n+型ソース領域35aおよびp++型コンタクト領域36a)について、不純物活性化のための例えば1700℃程度の温度で2分間程度の熱処理(活性化アニール)を行う。活性化アニールは、すべての拡散領域の形成後にまとめて1回行ってもよいし、イオン注入により拡散領域を形成するごとに行ってもよい。 Next, the diffusion regions formed by ion implantation (first and second p + type regions 62a and 61a, n-type current diffusion region 33a, n + type source region 35a and p ++ type contact region 36a) are subjected to impurity activation. For example, heat treatment (activation annealing) for about 2 minutes is performed at a temperature of about 1700 ° C. The activation annealing may be performed once after the formation of all the diffusion regions, or may be performed after each diffusion region is formed by ion implantation.

次に、図12に示すように、フォトリソグラフィおよび例えばドライエッチングにより、n+型ソース領域35aおよびp型ベース領域34aを貫通するトレンチ37aを形成する。トレンチ37aは、例えば、n型電流拡散領域33aの内部の第2p+型領域61aに達する深さとする。トレンチ37aを形成するためのエッチング用マスクには、例えばレジスト膜や酸化膜を用いてもよい。そして、エッチング用マスクを除去する。 Next, as shown in FIG. 12, a trench 37a penetrating the n + type source region 35a and the p-type base region 34a is formed by photolithography and, for example, dry etching. The trench 37a has a depth that reaches, for example, a second p + type region 61a inside the n-type current diffusion region 33a. For the etching mask for forming the trench 37a, for example, a resist film or an oxide film may be used. Then, the etching mask is removed.

次に、図13に示すように、半導体基板10の表面およびトレンチ37aの内壁に沿ってゲート絶縁膜38aを形成する。ゲート絶縁膜38aは、例えば、酸素(O2)雰囲気中において1000℃程度の温度で形成した熱酸化膜であってもよいし、高温酸化(HTO:High Temperature Oxide)による堆積膜であってもよい。次に、トレンチ37aの内部において、ゲート絶縁膜38a上に、ゲート電極39aとして例えばリンドープのポリシリコン層を形成する。 Next, as shown in FIG. 13, a gate insulating film 38a is formed along the surface of the semiconductor substrate 10 and the inner wall of the trench 37a. The gate insulating film 38a may be, for example, a thermal oxide film formed at a temperature of about 1000 ° C. in an oxygen (O 2 ) atmosphere, or a sedimentary film formed by high temperature oxidation (HTO: High Temperature Oxide). Good. Next, inside the trench 37a, for example, a phosphorus-doped polysilicon layer is formed as the gate electrode 39a on the gate insulating film 38a.

次に、半導体基板10のおもて面全面に層間絶縁膜40を形成する。層間絶縁膜40は、例えば、PSG(Phospho Silicate Glass)であってもよい。層間絶縁膜40の厚さは、例えば1μm程度であってもよい。次に、フォトリソグラフィおよびエッチングにより層間絶縁膜40およびゲート絶縁膜38aを選択的に除去して、第1コンタクトホール40aを形成する。 Next, the interlayer insulating film 40 is formed on the entire front surface of the semiconductor substrate 10. The interlayer insulating film 40 may be, for example, PSG (Phospho Silicate Glass). The thickness of the interlayer insulating film 40 may be, for example, about 1 μm. Next, the interlayer insulating film 40 and the gate insulating film 38a are selectively removed by photolithography and etching to form the first contact hole 40a.

このとき、n+型ソース領域35aおよびp++型コンタクト領域36aを露出する第1コンタクトホール40aを形成する。次に、熱処理により層間絶縁膜40を平坦化(リフロー)する。 At this time, a first contact hole 40a that exposes the n + type source region 35a and the p ++ type contact region 36a is formed. Next, the interlayer insulating film 40 is flattened (reflowed) by heat treatment.

次に、例えばスパッタリングにより、半導体基板10のおもて面の全面に、第1TiN膜42aを形成する。第1TiN膜42aは、層間絶縁膜40の表面全面を覆うとともに、半導体基板10のおもて面の、第1コンタクトホール40aに露出された部分(n+型ソース領域35aおよびp++型コンタクト領域36a)を覆う。 Next, for example, the first TiN film 42a is formed on the entire front surface of the semiconductor substrate 10 by sputtering. The first TiN film 42a covers the entire surface of the interlayer insulating film 40, and the portion of the front surface of the semiconductor substrate 10 exposed to the first contact hole 40a (n + type source region 35a and p ++ type contact). Covers region 36a).

次に、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、第1TiN膜42aの第1コンタクトホール40aの内部において半導体基板10を覆う部分を除去して、n+型ソース領域35aおよびp++型コンタクト領域36aを再度露出させる。これによって、第1TiN膜42aを、バリアメタル46aとして層間絶縁膜40の表面全面に残す。 Next, by photolithography and etching, the portion covering the semiconductor substrate 10 is removed inside the first contact hole 40a of the first TiN film 42a, and the n + type source region 35a and the p ++ type contact region 36a are exposed again. Let me. As a result, the first TiN film 42a is left as the barrier metal 46a on the entire surface of the interlayer insulating film 40.

次に、例えばスパッタリングにより、第1コンタクトホール40aに露出される半導体部(半導体基板10のおもて面)上にNi膜(不図示)を形成する。このとき、第1TiN膜42a上にもNi膜が形成される。次に、例えば970℃程度での熱処理により、Ni膜の、半導体部との接触箇所をシリサイド化して、半導体部にオーミック接触するNiSi膜41aを形成する。 Next, a Ni film (not shown) is formed on the semiconductor portion (front surface of the semiconductor substrate 10) exposed to the first contact hole 40a by, for example, sputtering. At this time, a Ni film is also formed on the first TiN film 42a. Next, for example, by heat treatment at about 970 ° C., the contact portion of the Ni film with the semiconductor portion is silicidized to form a NiSi film 41a that makes ohmic contact with the semiconductor portion.

このニッケルのシリサイド化のための熱処理時、層間絶縁膜40とNi膜との間に第1TiN膜42aが配置されていることで、Ni膜中のニッケル原子の層間絶縁膜40内への拡散を防止することができる。Ni膜の、層間絶縁膜40上の部分は、半導体部に接触していないため、シリサイド化されない。その後、Ni膜の、層間絶縁膜40上の部分を除去し、層間絶縁膜40を露出させる。 During the heat treatment for silicifying nickel, the first TiN film 42a is arranged between the interlayer insulating film 40 and the Ni film, so that the nickel atoms in the Ni film are diffused into the interlayer insulating film 40. Can be prevented. The portion of the Ni film on the interlayer insulating film 40 is not silicinated because it is not in contact with the semiconductor portion. After that, the portion of the Ni film on the interlayer insulating film 40 is removed to expose the interlayer insulating film 40.

次に、半導体基板10の裏面に、例えばNi膜を形成する。次に、例えば970℃程度での熱処理により、Ni膜をシリサイド化し、ドレイン電極51として、半導体部(半導体基板10の裏面)にオーミック接触するNiSi膜を形成する。ドレイン電極51となるNiSi膜を形成する際のシリサイド化のための熱処理は、半導体基板10のおもて面のNiSi膜41aを形成するための熱処理と同時に行ってもよい。 Next, for example, a Ni film is formed on the back surface of the semiconductor substrate 10. Next, for example, by heat treatment at about 970 ° C., the Ni film is silicinated to form a NiSi film that makes ohmic contact with the semiconductor portion (the back surface of the semiconductor substrate 10) as the drain electrode 51. The heat treatment for silicidation when forming the NiSi film to be the drain electrode 51 may be performed at the same time as the heat treatment for forming the NiSi film 41a on the front surface of the semiconductor substrate 10.

次に、スパッタリングにより、半導体基板10のおもて面上に、バリアメタル46aとなる第1Ti膜43a、第2TiN膜44aおよび第2Ti膜45aと、ソースパッド21aとなるAl膜(またはAl合金膜)と、を順に積層する。Al膜の厚さは、例えば5μm以下程度である。 Next, by sputtering, the first Ti film 43a, the second TiN film 44a, and the second Ti film 45a to be the barrier metal 46a and the Al film (or Al alloy film) to be the source pad 21a are placed on the front surface of the semiconductor substrate 10. ) And are stacked in order. The thickness of the Al film is, for example, about 5 μm or less.

次に、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、半導体基板10のおもて面上に堆積した金属膜をパターニングして、バリアメタル46aとなる部分を残す。 Next, the metal film deposited on the front surface of the semiconductor substrate 10 is patterned by photolithography and etching to leave a portion to be the barrier metal 46a.

次に、例えばスパッタリングにより、ドレイン電極51の表面に、例えばTi膜、Ni膜および金(Au)膜を順に積層してドレインパッド(不図示)を形成する。 Next, for example, by sputtering, for example, a Ti film, a Ni film, and a gold (Au) film are laminated in this order on the surface of the drain electrode 51 to form a drain pad (not shown).

次に、例えば化学気相成長(CVD:Chemical Vapor Deposition)法により、半導体基板10のおもて面をポリイミド膜で保護する。次に、フォトリソグラフィおよびエッチングにより当該ポリイミド膜を選択的に除去して、電極パッドをそれぞれ覆う第1保護膜49aを形成するとともに、これら第1保護膜49aを開口する。 Next, for example, the front surface of the semiconductor substrate 10 is protected by a polyimide film by a chemical vapor deposition (CVD) method. Next, the polyimide film is selectively removed by photolithography and etching to form a first protective film 49a that covers each of the electrode pads, and the first protective film 49a is opened.

次に、一般的なめっき前処理の後、一般的なめっき処理により、ソースパッド21aの、第1保護膜49aの開口部に露出する部分にめっき膜47aを形成する。このとき、第1保護膜49aは、めっき膜47aの濡れ広がりを抑制するマスクとして機能する。めっき膜47aの厚さは、例えば5μm程度であってもよい。 Next, after the general pre-plating treatment, the plating film 47a is formed on the portion of the source pad 21a exposed to the opening of the first protective film 49a by the general plating treatment. At this time, the first protective film 49a functions as a mask that suppresses the wetting and spreading of the plating film 47a. The thickness of the plating film 47a may be, for example, about 5 μm.

次に、例えばCVD法により、めっき膜47aと第1保護膜49aとの各境界を覆う第2保護膜50aとなるポリイミド膜を形成する。次に、めっき膜47a上に、それぞれはんだ層(不図示)により端子ピン48aを接合する。このとき、第2保護膜50aは、はんだ層の濡れ広がりを抑制するマスクとして機能する。 Next, for example, a polyimide film to be a second protective film 50a covering each boundary between the plating film 47a and the first protective film 49a is formed by a CVD method. Next, the terminal pins 48a are joined onto the plating film 47a with solder layers (not shown). At this time, the second protective film 50a functions as a mask for suppressing the wetting and spreading of the solder layer.

その後、半導体基板10をダイシング(切断)して個々のチップ状に個片化することで、図2に示す半導体装置20が完成する。 After that, the semiconductor device 20 shown in FIG. 2 is completed by dicing (cutting) the semiconductor substrate 10 into individual chips.

以上、説明したように、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の選別方法によれば、炭化珪素半導体装置に、所定の周波数の電流を印加し、短い時間の間、電流の増加時に時間と電圧の曲線にこぶ(極大値)が発生しているか否かで炭化珪素半導体装置を選別している。これにより、特定のスイッチング周波数で駆動可能な炭化珪素半導体装置を選別でき、高周波数で駆動可能な炭化珪素半導体装置を選別できる。 As described above, according to the method for selecting a silicon carbide semiconductor device according to the embodiment, a current of a predetermined frequency is applied to the silicon carbide semiconductor device, and the time and voltage are increased when the current increases for a short time. Silicon carbide semiconductor devices are selected based on whether or not a hump (maximum value) is generated in the curve of. Thereby, the silicon carbide semiconductor device that can be driven at a specific switching frequency can be selected, and the silicon carbide semiconductor device that can be driven at a high frequency can be selected.

実施の形態では、MOSFETの内蔵ダイオードの検査により、n型エピタキシャル層の品質を検査している。つまり、高周波数で、電流増加時に電圧と時間の関係にこぶが発生しないと、n型エピタキシャル層に結晶欠陥が少ないと判断している。これは、MOSFET以外の内蔵ダイオードを有する炭化珪素半導体装置に適用可能である。また、ダイオードにも適用可能である。 In the embodiment, the quality of the n-type epitaxial layer is inspected by inspecting the built-in diode of the MOSFET. That is, it is judged that there are few crystal defects in the n-type epitaxial layer unless a hump is generated in the relationship between voltage and time when the current increases at a high frequency. This is applicable to silicon carbide semiconductor devices having built-in diodes other than MOSFETs. It can also be applied to diodes.

以上において本発明は本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であり、上述した各実施の形態において、例えば各部の寸法や不純物濃度等は要求される仕様等に応じて種々設定される。また、上述した各実施の形態では、ワイドバンドギャップ半導体として炭化珪素を用いた場合を例に説明しているが、炭化珪素以外の例えば窒化ガリウム(GaN)などのワイドバンドギャップ半導体にも適用可能である。また、各実施の形態では第1導電型をn型とし、第2導電型をp型としたが、本発明は第1導電型をp型とし、第2導電型をn型としても同様に成り立つ。 In the above, the present invention can be variously modified without departing from the spirit of the present invention, and in each of the above-described embodiments, for example, the dimensions of each part, the impurity concentration, and the like are set in various ways according to the required specifications and the like. Further, in each of the above-described embodiments, the case where silicon carbide is used as the wide bandgap semiconductor is described as an example, but it can also be applied to a widebandgap semiconductor such as gallium nitride (GaN) other than silicon carbide. Is. Further, in each embodiment, the first conductive type is n-type and the second conductive type is p-type, but in the present invention, the first conductive type is p-type and the second conductive type is n-type. It holds.

以上のように、本発明にかかる炭化珪素半導体装置の選別方法は、電力変換装置や種々の産業用機械などの電源装置などに使用される高耐圧半導体装置に有用である。 As described above, the method for selecting silicon carbide semiconductor devices according to the present invention is useful for high withstand voltage semiconductor devices used in power conversion devices and power supply devices for various industrial machines.

10 半導体基板
16a メイン半導体素子の内蔵ダイオード
20 半導体装置
21a ソースパッド
31 n+型出発基板
32 n-型ドリフト領域
33a n型電流拡散領域
34a p型ベース領域
35a n+型ソース領域
36a p++型コンタクト領域
37a トレンチ
38a ゲート絶縁膜
39a ゲート電極
40 層間絶縁膜
40a コンタクトホール
41a NiSi膜
42a 第1TiN膜
43a 第1Ti膜
44a 第2TiN膜
45a 第2Ti膜
46a バリアメタル
47a めっき膜
48a 端子ピン
49a 第1保護膜
50a 第2保護膜
51 ドレイン電極
61a、62a p+型領域
71 n-型炭化珪素層
72 p型炭化珪素層
X 半導体チップのおもて面に平行な方向(第1方向)
Y 半導体チップのおもて面に平行でかつ第1方向と直交する方向(第2方向)
Z 深さ方向
101 n+型炭化珪素基板
102 n型炭化珪素エピタキシャル層
103 p+型ベース領域
104 p型ベース層
105 n+型ソース領域
106 p+型コンタクト領域
107 n型ウェル領域
108 ゲート絶縁膜
109 ゲート電極
110 ソース電極
111 ドレイン電極
10 Semiconductor substrate 16a Built-in diode of main semiconductor element 20 Semiconductor device 21a Source pad 31 n + type Departure board 32 n - type drift region 33an type current diffusion region 34a p type base region 35a n + type source region 36a p ++ type Contact area 37a Trench 38a Gate insulating film 39a Gate electrode 40 Interlayer insulating film 40a Contact hole 41a NiSi film 42a First TiN film 43a First Ti film 44a Second TiN film 45a Second Ti film 46a Barrier metal 47a Plating film 48a Terminal pin 49a First protection Film 50a Second protective film 51 Drain electrode 61a, 62a p + type region 71 n - type silicon carbide layer 72p type silicon carbide layer X Direction parallel to the front surface of the semiconductor chip (first direction)
Y Direction parallel to the front surface of the semiconductor chip and orthogonal to the first direction (second direction)
Z Depth direction 101 n + type silicon carbide substrate 102 n type silicon carbide epitaxial layer 103 p + type base area 104 p type base layer 105 n + type source area 106 p + type contact area 107 n type well area 108 Gate insulating film 109 Gate electrode 110 Source electrode 111 Drain electrode

Claims (5)

内蔵ダイオードを有する炭化珪素半導体装置の選別方法であって、
前記炭化珪素半導体装置の前記内蔵ダイオードに所定の周波数の順方向電流を流す第1工程と、
前記所定の周波数の一周期中に前記順方向電流がオン状態である時間より短い時間の間、前記順方向電流の増加時に時間と電圧の曲線に極大値が発生している前記炭化珪素半導体装置を選別する第2工程と、
を含むことを特徴とする炭化珪素半導体装置の選別方法。
A method for selecting silicon carbide semiconductor devices having a built-in diode.
The first step of passing a forward current of a predetermined frequency through the built-in diode of the silicon carbide semiconductor device, and
The silicon carbide semiconductor device in which a maximum value is generated in the time and voltage curves when the forward current increases for a time shorter than the time during which the forward current is in the ON state during one cycle of the predetermined frequency. The second step of sorting and
A method for selecting a silicon carbide semiconductor device, which comprises.
前記所定の周波数を増加する第3工程と、
前記増加させた周波数の順方向電流を前記炭化珪素半導体装置に流し、前記短い時間の間、前記順方向電流の増加時に時間と電圧の曲線に極大値が発生している前記炭化珪素半導体装置を選別する第4工程と、
をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の炭化珪素半導体装置の選別方法。
The third step of increasing the predetermined frequency and
The silicon carbide semiconductor device in which the forward current of the increased frequency is passed through the silicon carbide semiconductor device, and the maximum value is generated in the time and voltage curve when the forward current is increased for the short time. The fourth step of sorting and
The method for selecting a silicon carbide semiconductor device according to claim 1, further comprising.
前記炭化珪素半導体装置は、
炭化珪素半導体基板のおもて面に設けられた第1導電型の第1半導体層と、
前記第1半導体層の、前記炭化珪素半導体基板側に対して反対側に設けられた第2導電型の第2半導体層と、
前記第2半導体層の表面層に選択的に設けられた、前記炭化珪素半導体基板よりも不純物濃度の高い第1導電型の第1半導体領域と、
前記第2半導体層に接触するゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜の前記第2半導体層と接触する面と反対側の表面に設けられたゲート電極と、
前記第1半導体領域と前記第2半導体層の表面に設けられた第1電極と、
前記炭化珪素半導体基板の裏面に設けられた第2電極と、
を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の炭化珪素半導体装置の選別方法。
The silicon carbide semiconductor device is
A first conductive type first semiconductor layer provided on the front surface of a silicon carbide semiconductor substrate, and
A second conductive type second semiconductor layer provided on the opposite side of the first semiconductor layer with respect to the silicon carbide semiconductor substrate side,
A first conductive type first semiconductor region having a higher impurity concentration than the silicon carbide semiconductor substrate, which is selectively provided on the surface layer of the second semiconductor layer,
The gate insulating film in contact with the second semiconductor layer and
A gate electrode provided on the surface of the gate insulating film opposite to the surface in contact with the second semiconductor layer, and
The first semiconductor region, the first electrode provided on the surface of the second semiconductor layer, and
A second electrode provided on the back surface of the silicon carbide semiconductor substrate and
The method for selecting a silicon carbide semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the silicon carbide semiconductor device is provided.
前記炭化珪素半導体装置は、
前記第2半導体層を貫通して、前記第1半導体層に達するトレンチをさらに備え、
前記ゲート電極は、前記トレンチの内部に前記ゲート絶縁膜を介して設けられていることを特徴とする請求項3に記載の炭化珪素半導体装置の選別方法。
The silicon carbide semiconductor device is
Further provided with a trench that penetrates the second semiconductor layer and reaches the first semiconductor layer.
The method for selecting a silicon carbide semiconductor device according to claim 3, wherein the gate electrode is provided inside the trench via the gate insulating film.
前記炭化珪素半導体装置の耐圧は、3300V以上であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置の選別方法。 The method for selecting a silicon carbide semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, wherein the withstand voltage of the silicon carbide semiconductor device is 3300 V or more.
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