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JP7122229B2 - Semiconductor device and power converter using the same - Google Patents

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JP7122229B2 JP2018213432A JP2018213432A JP7122229B2 JP 7122229 B2 JP7122229 B2 JP 7122229B2 JP 2018213432 A JP2018213432 A JP 2018213432A JP 2018213432 A JP2018213432 A JP 2018213432A JP 7122229 B2 JP7122229 B2 JP 7122229B2
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Description

本発明は、パワー半導体装置およびそれを用いた電力変換装置、モータシステム、自動車、鉄道車両に関する。 The present invention relates to a power semiconductor device, a power conversion device using the same, a motor system, an automobile, and a railway vehicle.

パワー半導体デバイスの一つであるパワー金属絶縁膜半導体電界効果トランジスタ(MISFET:Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)において、従来、珪素(Si)基板を用いたパワーMISFET(以下、SiパワーMISFETと記す)が主流であった。 In a power metal insulator semiconductor field effect transistor (MISFET), which is one of power semiconductor devices, a power MISFET using a silicon (Si) substrate (hereinafter referred to as a Si power MISFET) has conventionally been used. was mainstream.

これに対して、炭化珪素(SiC)基板(以下、SiC基板と記す)を用いたパワーMISFET(以下、SiCパワーMISFETと記す)はSiパワーMISFETと比較して、高耐圧化および低損失化が可能である。このため、省電力または環境配慮型のインバータ技術の分野において、特に注目が集まっている。 On the other hand, a power MISFET using a silicon carbide (SiC) substrate (hereinafter referred to as a SiC substrate) (hereinafter referred to as a SiC power MISFET) has higher breakdown voltage and lower loss than the Si power MISFET. It is possible. For this reason, particular attention is focused in the field of power-saving or environmentally friendly inverter technology.

SiCパワーMISFETは、SiパワーMISFETと比較して、同耐圧ではオン抵抗の低抵抗化が可能である。これは、炭化珪素(SiC)は、珪素(Si)と比較して絶縁破壊電界強度が約7倍と大きく、ドリフト層となるエピタキシャル層を薄くできることに起因する。しかし、炭化珪素(SiC)から得られるべき本来の特性から考えると、未だ十分な特性が得られているとは言えず、エネルギーの高効率利用の観点から、更なるオン抵抗の低減が望まれている。 Compared to Si power MISFET, SiC power MISFET can lower the on-resistance at the same breakdown voltage. This is because silicon carbide (SiC) has a dielectric breakdown field strength about seven times as large as that of silicon (Si), and the epitaxial layer that becomes the drift layer can be made thinner. However, considering the original characteristics that should be obtained from silicon carbide (SiC), it cannot be said that sufficient characteristics have been obtained yet, and from the viewpoint of highly efficient use of energy, further reduction in on-resistance is desired. ing.

特許文献1には従来のDMOS(Double diffused Metal Oxide Semiconductor)構造の高いチャネル寄生抵抗を、(0001)面の基板にボディ層の内部に溝を掘るようにトレンチを形成することで、高チャネル移動度の(11-20)面や(1-100)面を利用して、実効的なチャネル幅を広くすることが開示されている(以下、この構造をトレンチ型DMOSと呼称する)。これにより、オフ時におけるトレンチ底部の信頼性を損ねることなくチャネル寄生抵抗を低減し、オン抵抗を低減することができる。 In Patent Document 1, the high channel parasitic resistance of the conventional DMOS (Double diffused Metal Oxide Semiconductor) structure is improved by forming a trench in the body layer of the (0001) plane substrate to achieve high channel mobility. It is disclosed that the (11-20) plane or (1-100) plane of degree is used to widen the effective channel width (this structure is hereinafter referred to as a trench type DMOS). As a result, the channel parasitic resistance can be reduced and the on-resistance can be reduced without impairing the reliability of the trench bottom when turned off.

また、特許文献2には基板表面に浅くボディ層と同じ極性の不純物領域(以後、電界緩和層と呼称する)を形成することで、トレンチ型DMOSの耐圧を高めた構造が開示されている。 Further, Patent Document 2 discloses a structure in which a shallow impurity region (hereinafter referred to as an electric field relaxation layer) having the same polarity as that of the body layer is formed on the substrate surface to increase the withstand voltage of the trench type DMOS.

国際公開第2015/177914号WO2015/177914 国際公開第2016/116998号WO2016/116998

特許文献1のトレンチ型DMOSにおいてはトレンチ底部をボディ層内に形成するため、ボディ層より高濃度の電流拡散層を形成する必要がある。この電流拡散層はエピタキシャル層に比べて非常に高濃度となるため、デバイスの高耐圧化に必要な空乏層の形成が困難になり、耐圧が低下するおそれがある。また、電流拡散層-ボディ層間の相対的な形成位置のオフセット(以後、合わせズレと呼称する)によって、ボディ層の間に存在するJFET領域内に高濃度領域が形成されてしまい、空乏化が阻害された結果、チップ内の最弱セルで決定する耐圧が大幅に低下する可能性がある。 In the trench type DMOS disclosed in Patent Document 1, since the bottom of the trench is formed in the body layer, it is necessary to form a current diffusion layer with a higher concentration than the body layer. Since the concentration of the current diffusion layer is much higher than that of the epitaxial layer, it becomes difficult to form a depletion layer necessary for increasing the breakdown voltage of the device, which may reduce the breakdown voltage. Further, due to the relative formation position offset (hereinafter referred to as misalignment) between the current diffusion layer and the body layer, a high concentration region is formed in the JFET region existing between the body layers, resulting in depletion. As a result of the inhibition, the breakdown voltage determined by the weakest cell in the chip can be greatly reduced.

なお、特許文献2の電界緩和層は基板表面に形成するため、電流拡散層の合わせズレに対しては効果がない。 Since the electric field relaxation layer of Patent Document 2 is formed on the substrate surface, it has no effect on misalignment of the current diffusion layer.

本発明の目的は、トレンチ型DMOSの電流拡散層による耐圧低下を改善し、高性能かつ高信頼性を期待できる半導体装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a semiconductor device capable of improving the breakdown voltage drop due to the current diffusion layer of a trench type DMOS and having high performance and high reliability.

本発明の一実施態様である半導体装置は、第1導電型のSiC基板と、SiC基板の第1主面に形成され、SiC基板の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有する第1導電型のエピタキシャル層と、SiC基板の第1主面に対向する第2主面に形成されるドレイン領域と、エピタキシャル層に形成される第2導電型の第1及び第2のボディ層と、第1のボディ層に形成される第1導電型の第1のソース領域と、第1及び第2のボディ層に挟まれたエピタキシャル層であるJFET領域と第1のボディ層とに接し、エピタキシャル層の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有する第1導電型の第1の第1領域と、JFET領域に形成される第2導電型の第2領域と、第1のソース領域、第1のボディ層及び第1の第1領域に延在して形成される第1のトレンチと、第1のトレンチの内壁に形成される絶縁膜と、第1のトレンチの絶縁膜上に形成されるゲート電極とを有する。 A semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes a first conductivity type SiC substrate and a first conductivity type epitaxial layer formed on a first main surface of the SiC substrate and having an impurity concentration lower than that of the SiC substrate. a layer, a drain region formed on a second main surface facing the first main surface of the SiC substrate, first and second body layers of a second conductivity type formed on the epitaxial layer, and a first body. The impurity concentration of the epitaxial layer is in contact with the first source region of the first conductivity type formed in the layer and the JFET region, which is an epitaxial layer sandwiched between the first and second body layers, and the first body layer. a first region of a first conductivity type having an impurity concentration higher than the impurity concentration; a second region of a second conductivity type formed in the JFET region; a first source region; a first body layer; an insulating film formed on the inner wall of the first trench; and a gate electrode formed on the insulating film of the first trench.

高性能かつ高信頼性の半導体装置を提供する。 To provide a semiconductor device with high performance and high reliability.

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 Other problems and novel features will become apparent from the description of the specification and the accompanying drawings.

複数のSiCパワーMISFETが搭載された半導体チップの要部上面図である。1 is a top view of a semiconductor chip on which a plurality of SiC power MISFETs are mounted; FIG. SiCパワーMISFETの要部鳥瞰図である。1 is a bird's-eye view of a main part of a SiC power MISFET; SiCパワーMISFETの終端部における要部鳥瞰図である。FIG. 3 is a bird's-eye view of the main part at the terminal end of the SiC power MISFET; 図2Aの線分AA’におけるSiCパワーMISFETの要部断面図である。FIG. 2B is a cross-sectional view of the main part of the SiC power MISFET taken along line segment AA' in FIG. 2A; 図2Aの線分BB’におけるSiCパワーMISFETの要部断面図である。FIG. 2B is a cross-sectional view of essential parts of the SiC power MISFET taken along line segment BB' in FIG. 2A; 図2Aの線分CC’におけるSiCパワーMISFETの要部断面図である。FIG. 2B is a cross-sectional view of the main part of the SiC power MISFET taken along line segment CC' in FIG. 2A; トレンチ型DMOS(合わせズレなし)によるSiCパワーMISFETの、チャネルオフ時の空乏層構造を説明する図である。FIG. 10 is a diagram for explaining the depletion layer structure of a SiC power MISFET with a trench type DMOS (no misalignment) when the channel is off; トレンチ型DMOS(合わせズレあり)によるSiCパワーMISFETの、チャネルオフ時の空乏層構造を説明する図である。FIG. 10 is a diagram for explaining the depletion layer structure of a SiC power MISFET based on a trench type DMOS (with misalignment) when the channel is off; 実施例1によるSiCパワーMISFET(合わせズレあり)の、チャネルオフ時の空乏層構造を説明する図である。FIG. 10 is a diagram illustrating the depletion layer structure of the SiC power MISFET (with misalignment) according to Example 1 when the channel is off; 実施例1による炭化珪素半導体装置の製造工程を説明する図である。FIG. 4 is a diagram explaining a manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device according to Example 1; 工程P1における炭化珪素半導体装置の要部断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of the main part of the silicon carbide semiconductor device in process P1; 工程P2における炭化珪素半導体装置の要部断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of the main part of the silicon carbide semiconductor device in process P2; 工程P2における炭化珪素半導体装置の要部断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of the main part of the silicon carbide semiconductor device in process P2; 工程P2における炭化珪素半導体装置の要部断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of the main part of the silicon carbide semiconductor device in process P2; 工程P2における炭化珪素半導体装置の要部断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of the main part of the silicon carbide semiconductor device in process P2; 工程P2における炭化珪素半導体装置の要部断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of the main part of the silicon carbide semiconductor device in process P2; 図11に続く、炭化珪素半導体装置の製造工程中の図6と同じ個所の炭化珪素半導体装置の要部断面図である。FIG. 12 is a fragmentary cross-sectional view of the silicon carbide semiconductor device at the same location as in FIG. 6 during the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device, continued from FIG. 11 ; 工程P2における炭化珪素半導体装置の要部断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of the main part of the silicon carbide semiconductor device in process P2; 工程P4における炭化珪素半導体装置の要部上面図である。FIG. 10 is a top view of the main part of the silicon carbide semiconductor device in process P4; 工程P4における、炭化珪素半導体装置の図14の線分AA’における要部断面図である。15 is a fragmentary cross-sectional view taken along line AA' of FIG. 14 of the silicon carbide semiconductor device in process P4; FIG. 工程P4における、炭化珪素半導体装置の図14の線分BB’における要部断面図である。15 is a fragmentary cross-sectional view taken along line segment BB' of FIG. 14 of the silicon carbide semiconductor device in process P4; FIG. 工程P4における、炭化珪素半導体装置の図14の線分AA’における要部断面図である。15 is a fragmentary cross-sectional view taken along line AA' of FIG. 14 of the silicon carbide semiconductor device in process P4; FIG. 工程P5における炭化珪素半導体装置の要部断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of the main part of the silicon carbide semiconductor device in process P5; 工程P5における炭化珪素半導体装置の要部断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of the main part of the silicon carbide semiconductor device in process P5; 工程P5における炭化珪素半導体装置の要部断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of the main part of the silicon carbide semiconductor device in process P5; 工程P6における炭化珪素半導体装置の要部断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of the main part of the silicon carbide semiconductor device in process P6; 工程P6における炭化珪素半導体装置の要部断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of the main part of the silicon carbide semiconductor device in process P6; 工程P6における炭化珪素半導体装置の要部断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of the main part of the silicon carbide semiconductor device in process P6; 工程P6における炭化珪素半導体装置の要部断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of the main part of the silicon carbide semiconductor device in process P6; 工程P6における炭化珪素半導体装置の要部断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of the main part of the silicon carbide semiconductor device in process P6; 実施例2によるSiCパワーMISFETの要部断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of a main part of a SiC power MISFET according to Example 2; トレンチ型DMOS(合わせズレなし)によるSiCパワーMISFETの、チャネルオン時の空乏層構造を説明する図である。FIG. 10 is a diagram illustrating the depletion layer structure of a SiC power MISFET based on a trench type DMOS (no misalignment) when the channel is on; 実施例2によるSiCパワーMISFET(合わせズレなし)の、チャネルオン時の空乏層構造を説明する図である。FIG. 10 is a diagram illustrating the depletion layer structure of the SiC power MISFET (no misalignment) according to Example 2 when the channel is on; 実施例2による炭化珪素半導体装置の製造工程における炭化珪素半導体装置の要部断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of a main part of a silicon carbide semiconductor device in a manufacturing process of a silicon carbide semiconductor device according to Example 2; 実施例1によるSiCパワーMISFET(大きな合わせズレあり)の、チャネルオフ時の空乏層構造を説明する図である。FIG. 10 is a diagram illustrating the depletion layer structure of the SiC power MISFET (with large misalignment) according to Example 1 when the channel is off; 実施例3によるSiCパワーMISFET(大きな合わせズレあり)の、チャネルオフ時の空乏層構造を説明する図である。FIG. 10 is a diagram illustrating the depletion layer structure of the SiC power MISFET (with large misalignment) according to Example 3 when the channel is off; 実施例4によるSiCパワーMISFETの、チャネルオン時の空乏層構造を説明する図である。FIG. 10 is a diagram illustrating the depletion layer structure of the SiC power MISFET according to Example 4 when the channel is on; 実施例1によるSiCパワーMISFETの、チャネルオン時の空乏層構造を説明する図である。4 is a diagram illustrating the depletion layer structure of the SiC power MISFET according to Example 1 when the channel is on; FIG. 実施例1、実施例2、実施例3及び実施例4を組み合わせたSiCパワーMISFETのチャネルオン時の空乏層構造を説明する図である。FIG. 10 is a diagram for explaining the depletion layer structure when the channel of the SiC power MISFET obtained by combining Example 1, Example 2, Example 3, and Example 4 is on; 実施例1、実施例2、実施例3及び実施例4を組み合わせたSiCパワーMISFET(合わせズレあり)のチャネルオフ時の空乏層構造を説明する図である。FIG. 10 is a diagram for explaining the depletion layer structure when the channel of the SiC power MISFET (with misalignment) obtained by combining Examples 1, 2, 3, and 4; 実施例5によるSiCパワーMISFETの要部断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of a main part of a SiC power MISFET according to Example 5; 実施例5によるSiCパワーMISFETの要部断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of a main part of a SiC power MISFET according to Example 5; 実施例6による炭化珪素半導体装置の要部上面図である。FIG. 11 is a top view of a main portion of a silicon carbide semiconductor device according to Example 6; 電力変換装置(インバータ)の回路図である。It is a circuit diagram of a power conversion device (inverter). 電力変換装置(インバータ)の回路図である。It is a circuit diagram of a power conversion device (inverter). 電気自動車の構成図である。1 is a configuration diagram of an electric vehicle; FIG. 昇圧コンバータの回路図である。1 is a circuit diagram of a boost converter; FIG. 鉄道車両の構成図である。1 is a configuration diagram of a railway vehicle; FIG.

以下の実施の形態において、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。 In the following embodiments, when necessary, they are divided into a plurality of sections or embodiments for explanation, but unless otherwise specified, they are not unrelated to each other, and one There is a relationship of part or all of the modification, details, supplementary explanation, etc.

また、以下の実施の形態で用いる図面においては、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。また、以下の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Further, in the drawings used in the following embodiments, even a plan view may be hatched to make the drawing easier to see. In addition, in all the drawings for explaining the following embodiments, in principle, the same reference numerals are given to the components having the same functions, and the repeated description thereof will be omitted. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

≪炭化珪素半導体装置≫
実施例1に係る炭化珪素半導体装置の構造について図1を用いて説明する。図1は複数のSiCパワーMISFETが搭載された半導体チップの要部上面図である。
<<Silicon carbide semiconductor device>>
A structure of a silicon carbide semiconductor device according to Example 1 will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a top view of essential parts of a semiconductor chip on which a plurality of SiC power MISFETs are mounted.

図1に示すように、炭化珪素半導体装置を搭載する半導体チップ1は、複数のnチャネル型のSiCパワーMISFETが並列接続されたソース配線用電極2の下方に位置するアクティブ領域(SiCパワーMISFET形成領域、素子形成領域)と、平面視においてアクティブ領域を囲む周辺形成領域とによって構成される。周辺形成領域には、平面視においてアクティブ領域を囲むように形成された複数のp型のフローティング・フィールド・リミッティング・リング(FLR:Floating Field Limited Ring)3と、さらに平面視において複数のp型のFLR3を囲むように形成されたn型のガードリング4が形成されている。 As shown in FIG. 1, a semiconductor chip 1 on which a silicon carbide semiconductor device is mounted has an active region (SiC power MISFET formation and an element formation region) and a peripheral formation region surrounding the active region in plan view. In the peripheral formation region, a plurality of p-type floating field limited rings (FLR) 3 formed so as to surround the active region in plan view, and a plurality of p-type An n-type guard ring 4 is formed so as to surround the FLR 3 of.

n型の炭化珪素(SiC)エピタキシャル基板(以下、SiCエピタキシャル基板と記す)のアクティブ領域の表面側に、SiCパワーMISFETのゲート電極、n++型のソース領域、およびチャネル領域等が形成され、SiCエピタキシャル基板の裏面側に、SiCパワーMISFETのn型のドレイン領域が形成されている。 On the surface side of the active region of an n-type silicon carbide (SiC) epitaxial substrate (hereinafter referred to as SiC epitaxial substrate), a gate electrode of a SiC power MISFET, an n ++ -type source region, a channel region, and the like are formed. An n + -type drain region of the SiC power MISFET is formed on the back side of the epitaxial substrate.

複数のp型のFLR3をアクティブ領域の周辺に形成することにより、オフ時において、最大電界部分が順次外側のp型のFLR3へ移り、最外周のp型のFLR3で降伏するようになるので、炭化珪素半導体装置を高耐圧とすることが可能となる。図1では、3個のp型のFLR3が形成されている例を図示しているが、これに限定されるものではない。また、n++型のガードリング4は、アクティブ領域に形成されたSiCパワーMISFETを保護する機能を有する。 By forming a plurality of p-type FLRs 3 around the active region, the maximum electric field portion sequentially shifts to the outer p-type FLRs 3 when turned off, and breakdown occurs at the outermost p-type FLRs 3. A silicon carbide semiconductor device can have a high breakdown voltage. Although FIG. 1 shows an example in which three p-type FLRs 3 are formed, the present invention is not limited to this. In addition, the n ++ type guard ring 4 has a function of protecting the SiC power MISFET formed in the active region.

アクティブ領域内に形成された複数のSiCパワーMISFET6は、平面視においてストライプパターンを有しており、それぞれのストライプパターンに接続する引出配線(ゲートバスライン)によって、全てのSiCパワーMISFETのゲート電極はゲート配線用電極8と電気的に接続している。 A plurality of SiC power MISFETs 6 formed in the active region has a stripe pattern in a plan view, and the gate electrodes of all SiC power MISFETs are connected to the respective stripe patterns by lead wiring (gate bus lines). It is electrically connected to the gate wiring electrode 8 .

また、複数のSiCパワーMISFETはソース配線用電極2に覆われており、それぞれのSiCパワーMISFETのソースおよびボディ層の電位固定層はソース配線用電極2に接続されている。ソース配線用電極2は半導体チップ1を保護するパッシベーション膜に設けられたソース開口部7を通じて外部配線と接続されている。ゲート配線用電極8は、ソース配線用電極2と離間して形成されており、それぞれのSiCパワーMISFETのゲート電極と接続されている。ゲート配線用電極8も同様に、半導体チップ1を保護するパッシベーション膜に設けられているゲート開口部5を通じて外部配線と接続されている。また、n型のSiCエピタキシャル基板の裏面側に形成されたn型のドレイン領域は、n型のSiCエピタキシャル基板の裏面全面に形成されたドレイン配線用電極(図示せず)と電気的に接続している。 A plurality of SiC power MISFETs are covered with a source wiring electrode 2 , and the potential fixed layers of the source and body layers of each SiC power MISFET are connected to the source wiring electrode 2 . The source wiring electrode 2 is connected to an external wiring through a source opening 7 provided in a passivation film that protects the semiconductor chip 1 . The gate wiring electrode 8 is formed apart from the source wiring electrode 2 and connected to the gate electrode of each SiC power MISFET. Similarly, the gate wiring electrode 8 is connected to the external wiring through the gate opening 5 provided in the passivation film that protects the semiconductor chip 1 . Also, the n + -type drain region formed on the back side of the n-type SiC epitaxial substrate is electrically connected to a drain wiring electrode (not shown) formed on the entire back surface of the n-type SiC epitaxial substrate. is doing.

次に、本実施の形態におけるSiCパワーMISFETの構造について説明する。図2AはSiCパワーMISFETの要部鳥瞰図である。 Next, the structure of the SiC power MISFET in this embodiment will be described. FIG. 2A is a bird's-eye view of the essential parts of the SiC power MISFET.

炭化珪素(SiC)からなるn型のSiC基板107の表面(第1主面)上に、n型のSiC基板よりも不純物濃度の低い炭化珪素(SiC)からなるn型のエピタキシャル層101が形成されている。n型のエピタキシャル層101はドリフト層として機能する。エピタキシャル層101の厚さは、例えば5~50μm程度である。 An n -type epitaxial layer made of silicon carbide (SiC) having an impurity concentration lower than that of the n + -type SiC substrate on the surface (first main surface) of an n + -type SiC substrate 107 made of silicon carbide (SiC). 101 is formed. The n -type epitaxial layer 101 functions as a drift layer. The thickness of the epitaxial layer 101 is, for example, approximately 5 to 50 μm.

エピタキシャル層101の表面から所定の深さを有して、エピタキシャル層101内にp型のボディ層(ウェル領域)102が形成されている。また、エピタキシャル層101の表面から所定の深さを有して、p型のボディ層102内に窒素を不純物とするn型のソース領域103が形成されている。 A p-type body layer (well region) 102 is formed in epitaxial layer 101 to have a predetermined depth from the surface of epitaxial layer 101 . An n + -type source region 103 containing nitrogen as an impurity is formed in the p-type body layer 102 at a predetermined depth from the surface of the epitaxial layer 101 .

隣接するボディ層102a及びボディ層102bに挟まれたエピタキシャル層101の一部をJFET領域104と呼称する。p型のボディ層102及びJFET領域104に延在するように、エピタキシャル層101の表面から所定の深さを有して、n型の電流拡散層105が形成されている。n型の電流拡散層105aとn型の電流拡散層105bに挟まれた領域の一部には、p型の電位固定層130が形成されている。このp型の電位固定層130は、電流拡散層105と接していてもよい。また、必ずしも隣り合う2つの電流拡散層105a及び電流拡散層105bの中央に位置していなくてもよい。 A part of the epitaxial layer 101 sandwiched between the adjacent body layers 102a and 102b is called a JFET region 104. As shown in FIG. An n + -type current diffusion layer 105 is formed with a predetermined depth from the surface of the epitaxial layer 101 so as to extend over the p-type body layer 102 and the JFET region 104 . A p-type potential fixing layer 130 is formed in a part of the region sandwiched between the n + -type current diffusion layer 105a and the n + -type current diffusion layer 105b. This p-type potential fixing layer 130 may be in contact with the current diffusion layer 105 . Moreover, it does not necessarily have to be located in the center of the two adjacent current diffusion layers 105a and 105b.

++型のソース領域103から、p型のボディ層102を渡って、n型の電流拡散層105にかかるようにトレンチ106が複数形成されている。トレンチ106の底面はp型のボディ層102に接している。図2Aには図示していないが、トレンチ106上には、後述するように、ゲート絶縁膜110及び絶縁膜117が形成されている。ゲート絶縁膜110上には、ゲート電極111が形成されている。 A plurality of trenches 106 are formed from the n ++ -type source region 103 across the p-type body layer 102 and over the n + -type current diffusion layer 105 . The bottom of trench 106 is in contact with p-type body layer 102 . Although not shown in FIG. 2A, a gate insulating film 110 and an insulating film 117 are formed on the trench 106 as will be described later. A gate electrode 111 is formed on the gate insulating film 110 .

図2Bに素子形成部の終端領域の鳥瞰図を示す。JFET領域104はp型のボディ層102で終端されており、p型の電位固定層130は終端部を形成するボディ層102に接続していても良いし、していなくても良い。電位固定層130がボディ層102に接続されていない場合には、p型の電位固定層130の電位はゲートオフ時においてはゲート電位とほぼ等しい値に固定される。電位固定層130の電位は、ゲート電位に対するpnダイオードとゲート絶縁膜との容量分圧で決まるが、一般にpnダイオードの容量の方が遥かに低容量であるためである。一方、ボディ層102に接続されている場合は、p型のボディ層102を通じてソース電極と接続され、ソース電位に固定される。電位固定層130とボディ層102とを接続しない場合、その隙間幅d1は周期構造におけるp型の電位固定層130とp型のボディ層102の隙間幅d2より小さい方が好ましい。これは隙間幅が広い程耐圧が低下することから、耐圧低下に起因して終端部から破壊が生じることを避けるためである。 FIG. 2B shows a bird's-eye view of the termination region of the element forming portion. The JFET region 104 is terminated by the p-type body layer 102, and the p-type potential pinning layer 130 may or may not be connected to the body layer 102 forming the termination. When potential fixed layer 130 is not connected to body layer 102, the potential of p-type potential fixed layer 130 is fixed at a value substantially equal to the gate potential when the gate is turned off. This is because the potential of the potential fixed layer 130 is determined by the capacitance division of the pn diode and the gate insulating film with respect to the gate potential, and the capacitance of the pn diode is generally much lower. On the other hand, when connected to the body layer 102, it is connected to the source electrode through the p-type body layer 102 and fixed at the source potential. When the potential fixed layer 130 and the body layer 102 are not connected, the gap width d1 is preferably smaller than the gap width d2 between the p-type potential fixed layer 130 and the p-type body layer 102 in the periodic structure. This is to avoid breakdown from the terminal portion due to a decrease in breakdown voltage, since the breakdown voltage decreases as the width of the gap increases.

図3A~図5を参照して、実施例1の構造を詳細に説明する。図3Aは、図2Aにおいてトレンチの長手方向に平行でトレンチが形成されている領域を通る基板主面上の線分AA’を含み、SiC基板主面に垂直な面における断面構造である。図3Aに示すように、ソースコンタクト領域(金属シリサイド層)113を除いて、ボディ層102に挟まれるJFET領域104表面の平坦部139を含む基板主面134上に絶縁膜117が形成されており、ゲート電極111はソース領域103とボディ層102および電流拡散層105に延在するようにゲート絶縁膜110および絶縁膜117上に形成され、隣接するトレンチと繋がっている。 The structure of Example 1 will be described in detail with reference to FIGS. 3A to 5. FIG. FIG. 3A is a cross-sectional structure in a plane perpendicular to the main surface of the SiC substrate that includes a line segment AA' on the main surface of the substrate that is parallel to the longitudinal direction of the trench and passes through the region where the trench is formed in FIG. 2A. As shown in FIG. 3A, except for the source contact region (metal silicide layer) 113, the insulating film 117 is formed on the substrate main surface 134 including the flat portion 139 on the surface of the JFET region 104 sandwiched between the body layers 102. As shown in FIG. , the gate electrode 111 is formed on the gate insulating film 110 and the insulating film 117 so as to extend to the source region 103, the body layer 102 and the current diffusion layer 105, and is connected to the adjacent trench.

一方、図3Bは図2Aにおいてトレンチの長手方向に平行でトレンチが形成されていない領域を通る基板主面上の線分BB’を含み、SiC基板主面に垂直な面における断面構造である。基板主面にはソースコンタクト領域113を除いて全面に絶縁膜117が存在し、ゲート電極111はソース領域103とボディ層102および電流拡散層105、JFET領域104およびp型の電位固定層130に延在するように絶縁膜117上に形成されている。 On the other hand, FIG. 3B is a cross-sectional structure in a plane perpendicular to the main surface of the SiC substrate that includes a line segment BB′ on the main surface of the substrate that is parallel to the longitudinal direction of the trench in FIG. 2A and passes through a region where no trench is formed. An insulating film 117 exists on the entire main surface of the substrate except for the source contact region 113 , and the gate electrode 111 is connected to the source region 103 , the body layer 102 , the current diffusion layer 105 , the JFET region 104 and the p-type potential fixing layer 130 . It is formed on insulating film 117 so as to extend.

図4は図2Aにおいてトレンチの長手方向に垂直でp型の電位固定層130が形成されている領域を通る基板主面上の線分CC’を含み、SiC基板表面に垂直な面における断面構造である。SiC基板表面には絶縁膜117が存在し、ゲート電極111は絶縁膜117上で隣接セルと繋がっている。p型の電位固定層130はSiC基板表面から所定の深さで形成され、隣接セルと繋がっている。アクティブ領域の終端部分においては、先に述べた通り、p型の電位固定層130はボディ層120と接続されていても良いし、接続されていなくても良い。 FIG. 4 shows a cross-sectional structure in a plane perpendicular to the SiC substrate surface, including a line segment CC′ on the main surface of the substrate which is perpendicular to the longitudinal direction of the trench and passes through the region where the p-type potential fixed layer 130 is formed in FIG. is. An insulating film 117 exists on the SiC substrate surface, and the gate electrode 111 is connected to the adjacent cell on the insulating film 117 . A p-type potential fixed layer 130 is formed at a predetermined depth from the SiC substrate surface and connected to adjacent cells. At the end portion of the active region, as described above, the p + -type potential fixing layer 130 may or may not be connected to the body layer 120 .

p型のボディ層102のエピタキシャル層101の表面からの深さ(第1深さL1)は、例えば0.5~2.0μm程度である。また、n++型のソース領域103のエピタキシャル層101の表面からの深さ(第3深さL3)は、例えば0.1~1.0μm程度である。n型の電流拡散層105のエピタキシャル層101の表面からの深さ(第4深さL4)は、例えば0.1~1.0μm程度である。p型のボディ層102とn型の電流拡散層105との重ならない幅W1は、例えば0.1~2.0μm程度である。トレンチ106のエピタキシャル層101の表面からの深さ(第6深さL6)は、p型のボディ層102のエピタキシャル層101の表面からの深さ(第1深さL1)よりも浅く、例えば0.1~1.5μm程度である。トレンチ106のチャネル長に並行な方向の長さは、例えば0.5~3.0μm程度である。トレンチ106のチャネル幅に並行な方向の長さは、例えば0.1~2.0μm程度である。チャネル幅に並行な方向のトレンチ間隔は、例えば0.1~2.0μm程度である。p++型のボディ層コンタクト領域109のエピタキシャル層101の表面からの深さ(第2深さL2)は、例えば0.1~0.5μm程度である。p型の電位固定層130の深さは例えば0.1~2.0μm程度であり、幅はJFET領域104より狭く、例えば0.1~5.0μm程度である。n型の電流拡散層105とp型の電位固定層130との間隔は、任意に指定することができ、例えば0~2.0μm程度である。ゲート絶縁膜110は、例えば膜厚は0.005μmから0.015μmである。厚い絶縁膜117の膜厚は必ずゲート絶縁膜110より厚く、例えば0.1~3.0μm程度である。 The depth (first depth L1) of the p-type body layer 102 from the surface of the epitaxial layer 101 is, for example, about 0.5 to 2.0 μm. Further, the depth (third depth L3) of the n ++ -type source region 103 from the surface of the epitaxial layer 101 is, for example, about 0.1 to 1.0 μm. The depth (fourth depth L4) of the n + -type current diffusion layer 105 from the surface of the epitaxial layer 101 is, for example, about 0.1 to 1.0 μm. A non-overlapping width W1 between the p-type body layer 102 and the n + -type current diffusion layer 105 is, for example, about 0.1 to 2.0 μm. The depth of trench 106 from the surface of epitaxial layer 101 (sixth depth L6) is shallower than the depth of p-type body layer 102 from the surface of epitaxial layer 101 (first depth L1), for example 0. 0.1 to 1.5 μm. The length of the trench 106 in the direction parallel to the channel length is, for example, about 0.5 to 3.0 μm. The length of the trench 106 in the direction parallel to the channel width is, for example, about 0.1 to 2.0 μm. A trench interval in a direction parallel to the channel width is, for example, about 0.1 to 2.0 μm. The depth (second depth L2) of the p ++ -type body layer contact region 109 from the surface of the epitaxial layer 101 is, for example, about 0.1 to 0.5 μm. The p-type potential fixing layer 130 has a depth of about 0.1 to 2.0 μm, for example, and a width narrower than that of the JFET region 104, for example, about 0.1 to 5.0 μm. The distance between the n + -type current diffusion layer 105 and the p-type potential fixing layer 130 can be arbitrarily specified, and is, for example, about 0 to 2.0 μm. The gate insulating film 110 has a thickness of, for example, 0.005 μm to 0.015 μm. The thickness of the thick insulating film 117 is always thicker than that of the gate insulating film 110, and is, for example, about 0.1 to 3.0 μm.

なお、「」および「」は、導電型がn型またはp型の相対的な不純物濃度を表記した符号であり、例えば「n」、「n」、「n」、「n++」の順にn型不純物の不純物濃度は高くなる。 Note that " - " and " + " are symbols representing the relative impurity concentration of n-type or p-type conductivity, for example, "n-" , "n", "n + ", "n ++ , the impurity concentration of the n-type impurity increases in the order of .

型のSiC基板107の不純物濃度の好ましい範囲は、例えば1×1018~1×1021cm-3である。n型のエピタキシャル層101の不純物濃度の好ましい範囲は、例えば1×1014~1×1017cm-3である。p型のボディ層102の不純物濃度の好ましい範囲は、例えば1×1016~1×1019cm-3である。p型のボディ層102の最大不純物濃度の好ましい範囲は、例えば1×1017~1×1019cm-3である。また、n++型のソース領域103の不純物濃度の好ましい範囲は、例えば1×1019~1×1021cm-3である。n型の電流拡散層105の不純物濃度の好ましい範囲は、例えば5×1016~5×1018cm-3である。p++型のボディ層コンタクト領域109の不純物濃度の好ましい範囲は、例えば1×1019~1×1021cm-3の範囲である。p型の電位固定層130の最大不純物濃度の好ましい範囲は、n型の電流拡散層105の不純物濃度より高く、1×1016~1×1019cm-3である。 A preferable range of the impurity concentration of the n + -type SiC substrate 107 is, for example, 1×10 18 to 1×10 21 cm −3 . A preferable range of the impurity concentration of the n -type epitaxial layer 101 is, for example, 1×10 14 to 1×10 17 cm −3 . A preferable impurity concentration range of the p-type body layer 102 is, for example, 1×10 16 to 1×10 19 cm −3 . A preferable range of the maximum impurity concentration of the p-type body layer 102 is, for example, 1×10 17 to 1×10 19 cm −3 . A preferable range of the impurity concentration of the n ++ -type source region 103 is, for example, 1×10 19 to 1×10 21 cm −3 . A preferable range of the impurity concentration of the n + -type current diffusion layer 105 is, for example, 5×10 16 to 5×10 18 cm −3 . A preferable impurity concentration range of the p ++ -type body layer contact region 109 is, for example, 1×10 19 to 1×10 21 cm −3 . A preferable range of the maximum impurity concentration of the p-type potential fixing layer 130 is higher than that of the n + -type current diffusion layer 105, and is 1×10 16 to 1×10 19 cm −3 .

次に 、実施例1に係るSiCパワーMISFETの構成の特徴を、図5~図7を参照して説明する。 Next, features of the configuration of the SiC power MISFET according to Example 1 will be described with reference to FIGS. 5 to 7. FIG.

従来のトレンチ型DMOSのチャネルオフ時における空乏層の構造を、図5を参照して説明する。JFET領域104上部のSiCエピタキシャル基板表面141から伸びる空乏層の端部140aと、ボディ層102から伸びる空乏層の端部140bおよび140cとが、ドレイン-ソース印加電圧の増加に伴い発展していく。SiCエピタキシャル基板表面141から伸びる空乏層の端部140aと、ボディ層102から伸びる空乏層の端部140bおよび140cとが接触することによってJFET領域が空乏化により絶縁される。これによってJFET領域104の電位を低減し、ゲート絶縁膜110にかかる電界で決定されるゲート-ドレイン耐圧、及び主にボディ層102とJFET領域104あるいはエピタキシャル層101との接合部にかかる電界で決定される主耐圧を高めることができる。このとき、電流拡散層105はJFET領域104と比べて高濃度のため、電流拡散層105においては空乏層が発展しにくい。したがって、電流拡散層105に合わせズレが生じると、この空乏化は大きな影響を受けて、耐圧が大幅に低下する。 The structure of the depletion layer of the conventional trench-type DMOS when the channel is off will be described with reference to FIG. A depletion layer edge 140a extending from the SiC epitaxial substrate surface 141 above the JFET region 104 and depletion layer edges 140b and 140c extending from the body layer 102 develop as the drain-source applied voltage increases. Contact between depletion layer end 140a extending from SiC epitaxial substrate surface 141 and depletion layer ends 140b and 140c extending from body layer 102 insulates the JFET region by depletion. As a result, the potential of the JFET region 104 is reduced, and the gate-drain breakdown voltage determined by the electric field applied to the gate insulating film 110 and the electric field applied mainly to the junction between the body layer 102 and the JFET region 104 or the epitaxial layer 101 are determined. can increase the main withstand voltage. At this time, since current diffusion layer 105 has a higher concentration than JFET region 104, a depletion layer is less likely to develop in current diffusion layer 105. FIG. Therefore, if misalignment occurs in the current diffusion layer 105, this depletion will be greatly affected, and the withstand voltage will be greatly reduced.

従来のトレンチ型DMOSにおいて、電流拡散層105に合わせズレが生じた場合における空乏層の構造を、図6を参照して説明する。電流拡散層105が基板水平右側にシフトした場合、空乏層の端部140aの起点が左側のボディ層102から遠くなることにより、空乏層の端部140aと空乏層の端部140bの結合が困難となり、この結果、ゲート絶縁膜110の表面近傍の電位及びJFET領域104の電位がドレイン電位のままとなり、ゲート絶縁膜110あるいはボディ層102とJFET領域104との接合部分に高電界がかかることで絶縁破壊に至る。パワーデバイスの耐圧は、多数に並列されたセルの耐圧のうち最小のもので決定される(最小リングモデルという)。合わせズレとしては、リソグラフィの基準マークに対するボディ層102のズレ、電流拡散層105のズレ及びマスクの回転などをすべて足し合わせた合わせズレを想定する必要があり、特にJFET領域104の幅が大きいデバイスにおいては合わせズレに伴う耐圧低下は顕著になる。 The structure of the depletion layer in the conventional trench type DMOS when misalignment occurs in the current diffusion layer 105 will be described with reference to FIG. When the current diffusion layer 105 shifts to the right side of the substrate, the starting point of the depletion layer end 140a becomes farther from the body layer 102 on the left side, making it difficult to connect the depletion layer end 140a and the depletion layer end 140b. As a result, the potential near the surface of the gate insulating film 110 and the potential of the JFET region 104 remain at the drain potential, and a high electric field is applied to the junction between the gate insulating film 110 or the body layer 102 and the JFET region 104. It leads to insulation breakdown. The withstand voltage of a power device is determined by the minimum withstand voltage of many parallel cells (called a minimum ring model). As the misalignment, it is necessary to assume misalignment that is the sum of misalignment of the body layer 102 with respect to the lithography reference mark, misalignment of the current diffusion layer 105, and rotation of the mask. , the decrease in breakdown voltage due to the misalignment becomes remarkable.

実施例1のデバイス構造により、空乏層の構造が改善されることを、図7を参照して説明する。図7のデバイスにおいても、図6と同様に電流拡散層105が基板水平右側にシフトしているものとする。この場合、図6に示したトレンチ型DMOSと異なり、SiC基板表面からの空乏層の端部140aに代わり、p型の電位固定層130からの空乏層の端部140dが発展する。この空乏層の端部140dの起点はSiCエピタキシャル基板表面141から深い位置にあるため、この発展に電流拡散層105の影響を受けにくい。したがって電流拡散層105の合わせズレが生じた場合においても空乏化を可能とし、最少リングモデルで決定される素子全体の耐圧を改善する。 The fact that the device structure of Example 1 improves the structure of the depletion layer will be described with reference to FIG. Also in the device of FIG. 7, it is assumed that the current diffusion layer 105 is shifted horizontally to the right side of the substrate as in FIG. In this case, unlike the trench DMOS shown in FIG. 6, a depletion layer edge 140d extends from the p-type potential fixed layer 130 instead of the depletion layer edge 140a from the SiC substrate surface. Since the starting point of the edge 140d of the depletion layer is located deep from the SiC epitaxial substrate surface 141, the current diffusion layer 105 is less likely to affect this development. Therefore, even when the current diffusion layer 105 is misaligned, depletion is possible, and the withstand voltage of the entire device determined by the minimum ring model is improved.

さらには、p型の電位固定層130の存在する領域はドレイン-ゲート電極間においてJFET領域104-電位固定層130のpnダイオードが直列に挿入されるため、帰還容量が大幅に低減される。また、適切にp型の電位固定層130のp型のボディ層102に対するアスペクト比を設計することによって、空乏化を調整できるため、帰還容量-ドレイン電圧特性を好ましい特性に制御可能になる。この効果によってスイッチング損失の低減及び誤点弧などの動的な特性に対する信頼性が向上する。以上のように、実施例1の構造によって、従来のMOS構造やトレンチMOS構造よりも低い損失と高い信頼性とを同時に実現するデバイスの提供が可能になる。 Furthermore, in the region where the p-type potential fixed layer 130 exists, the pn diode of the JFET region 104-potential fixed layer 130 is inserted in series between the drain and gate electrodes, so the feedback capacitance is greatly reduced. Further, by appropriately designing the aspect ratio of the p-type potential fixing layer 130 to the p-type body layer 102, depletion can be adjusted, so that the feedback capacitance-drain voltage characteristic can be controlled to a desirable characteristic. This effect reduces switching losses and improves reliability with respect to dynamic characteristics such as false firing. As described above, the structure of the first embodiment makes it possible to provide a device that simultaneously achieves lower loss and higher reliability than those of the conventional MOS structure and trench MOS structure.

また、高いチャネル移動度と広いチャネル幅を有するトレンチ型DMOSの長所を維持しながら、耐圧を改善し、かつスイッチング特性を向上できるため、高信頼かつ高性能なSiCパワーMISFETを提供することが可能になる。 In addition, it is possible to improve the breakdown voltage and switching characteristics while maintaining the advantages of trench type DMOS with high channel mobility and wide channel width, so it is possible to provide a highly reliable and high performance SiC power MISFET. become.

≪炭化珪素半導体装置の製造方法≫
実施例1による炭化珪素半導体装置の製造方法について、以下図面を用いて工程順に説明する。図8は実施例1における半導体装置の製造方法を説明する工程図である。
<<Method for Manufacturing Silicon Carbide Semiconductor Device>>
A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to Example 1 will be described below in order of steps with reference to the drawings. 8A to 8D are process diagrams for explaining the manufacturing method of the semiconductor device according to the first embodiment.

<工程P1>
工程P1ではエピタキシャル層(ドリフト層)を形成する。まず、図9に示すように、n型の4H-SiC基板107を用意する。n型のSiC基板107には、n型不純物が導入されている。このn型不純物は、例えば窒素(N)であり、このn型不純物の不純物濃度は、例えば1×1018~1×1021cm-3の範囲である。また、n型のSiC基板107は珪素面と炭素面と異方性のある極性面を有しており、本実施の形態においてはn型のSiC基板107の表面は(0001)珪素面とするが、炭素面の利用をなんら制限するものではない。
<Process P1>
In step P1, an epitaxial layer (drift layer) is formed. First, as shown in FIG. 9, an n + -type 4H—SiC substrate 107 is prepared. An n-type impurity is introduced into the n + -type SiC substrate 107 . This n-type impurity is nitrogen (N), for example, and the impurity concentration of this n-type impurity is, for example, in the range of 1×10 18 to 1×10 21 cm −3 . In addition, the n + -type SiC substrate 107 has a silicon face and a carbon face and an anisotropic polar face . However, it does not limit the use of the carbon surface at all.

次に、n型のSiC基板107の表面(第1主面)にエピタキシャル成長法により炭化珪素(SiC)のn型のエピタキシャル層101を形成する。n型のエピタキシャル層101には、n型のSiC基板107の不純物濃度よりも低いn型不純物が導入されている。n型のエピタキシャル層101の不純物濃度はSiCパワーMISFETの素子定格に依存するが、例えば1×1014~1×1017cm-3の範囲である。また、n型のエピタキシャル層101の厚さは、例えば5~50μmである。以上の工程により、n型のSiC基板107およびn型のエピタキシャル層101を有するSiCエピタキシャル基板が形成される。 Next, an n -type epitaxial layer 101 of silicon carbide (SiC) is formed on the surface (first main surface) of the n + -type SiC substrate 107 by an epitaxial growth method. The n -type epitaxial layer 101 is doped with an n-type impurity whose impurity concentration is lower than that of the n + -type SiC substrate 107 . The impurity concentration of the n -type epitaxial layer 101 depends on the device rating of the SiC power MISFET, but is, for example, in the range of 1×10 14 to 1×10 17 cm −3 . Also, the thickness of the n -type epitaxial layer 101 is, for example, 5 to 50 μm. Through the above steps, a SiC epitaxial substrate having an n + type SiC substrate 107 and an n type epitaxial layer 101 is formed.

<工程P2>
工程P2では各種不純物を注入する。図9に示すように、n型のSiC基板107の裏面(第2主面)から所定の深さ(第7深さL7)を有して、n型のSiC基板107の裏面にn型のドレイン領域108を形成する。n型のドレイン領域108の不純物濃度は、例えば1×1019~1×1021cm-3の範囲である。
<Process P2>
Various impurities are implanted in process P2. As shown in FIG. 9 , n + -type SiC substrate 107 has a predetermined depth (seventh depth L7) from the back surface (second main surface) of n + -type SiC substrate 107, and n to the back surface of n + -type SiC substrate 107. A + type drain region 108 is formed. The impurity concentration of the n + -type drain region 108 is, for example, in the range of 1×10 19 to 1×10 21 cm −3 .

次に、図10Aに示すように、n型のエピタキシャル層101の表面上に、マスクM11を形成する。マスクM11の厚さは、例えば1.0~3.0μm程度である。素子形成領域におけるマスクM11の幅は、例えば1.0~10.0μm程度である。マスク材料としては無機材料のSiO膜、Si膜、SiN膜や有機材料のレジスト膜、ポリイミド膜などを用いることができる。 Next, as shown in FIG. 10A, a mask M11 is formed on the surface of the n -type epitaxial layer 101. Next, as shown in FIG. The thickness of the mask M11 is, for example, about 1.0 to 3.0 μm. The width of the mask M11 in the element formation region is, for example, about 1.0 to 10.0 μm. As the mask material, an inorganic SiO 2 film, a Si film, a SiN film, an organic resist film, a polyimide film, or the like can be used.

次に、マスクM11越しに、n型のエピタキシャル層101にp型不純物、例えばアルミニウム原子(Al)をイオン注入する。これにより、n型のエピタキシャル層101の素子形成領域にp型のボディ層102を形成する。なお、図示は省略するが、同時に素子形成領域周辺にp型のFLR3を形成する。終端部の構造としては、これに限定されるものではなく、例えばジャンクション・ターミネーション・エクステンション(JTE:Junction Termination Extension)構造であってもよい。なお、このp型のFLR3はこの工程とは別のマスクを用いて形成しても良い。 Next, p-type impurities such as aluminum atoms (Al) are ion-implanted into the n -type epitaxial layer 101 through the mask M11. As a result, the p-type body layer 102 is formed in the element formation region of the n -type epitaxial layer 101 . Although not shown, a p-type FLR 3 is simultaneously formed around the element formation region. The structure of the termination portion is not limited to this, and may be, for example, a Junction Termination Extension (JTE) structure. The p-type FLR 3 may be formed using a mask different from this step.

p型のボディ層102のエピタキシャル層101の表面からの深さ(第1深さL1)は、例えば0.5~2.0μm程度である。また、p型のボディ層102の不純物濃度は、例えば1×1016~1×1019cm-3の範囲である。また、p型のボディ層102の最大不純物濃度は、例えば1×1017~1×1019cm-3の範囲である。 The depth (first depth L1) of the p-type body layer 102 from the surface of the epitaxial layer 101 is, for example, about 0.5 to 2.0 μm. Also, the impurity concentration of the p-type body layer 102 is, for example, in the range of 1×10 16 to 1×10 19 cm −3 . Also, the maximum impurity concentration of the p-type body layer 102 is, for example, in the range of 1×10 17 to 1×10 19 cm −3 .

次に、図10Bに示すように、マスクM11を除去した後、マスクM12を形成する。マスクM12の厚さは、例えば0.5~3.0μm程度である。素子形成領域におけるマスクM12の幅は、例えば2.0~10.0μm程度である。マスクM12は例えば、レジスト膜で形成する。 Next, as shown in FIG. 10B, after removing the mask M11, a mask M12 is formed. The thickness of the mask M12 is, for example, about 0.5 to 3.0 μm. The width of the mask M12 in the element forming region is, for example, about 2.0 to 10.0 μm. The mask M12 is formed of, for example, a resist film.

次に、マスクM12越しに、n型のエピタキシャル層101にp型不純物、例えばアルミニウム原子(Al)をイオン注入する。これにより、p型のボディ層102の間のJFET領域104内にp型の電位固定層130を形成する。p型の電位固定層130のエピタキシャル層101の表面からの深さは、例えば0.1~2.0μm程度である。また、p型の電位固定層130の不純物濃度は、例えば1×1016~1×1019cm-3の範囲である。 Next, p-type impurities such as aluminum atoms (Al) are ion-implanted into the n -type epitaxial layer 101 through the mask M12. Thereby, a p-type potential fixed layer 130 is formed in the JFET region 104 between the p-type body layers 102 . The depth of the p-type potential fixed layer 130 from the surface of the epitaxial layer 101 is, for example, about 0.1 to 2.0 μm. Also, the impurity concentration of the p-type potential fixed layer 130 is, for example, in the range of 1×10 16 to 1×10 19 cm −3 .

以上のp型のボディ層102及びp型の電位固定層130の形成方法は、セルフアライン化することが可能である。図10Cに示すように、マスクMSA1を形成し、これに部分的に重複するようにマスクMSA2を形成する。このマスクMSA1及びマスクMSA2越しにイオン注入によってp型のボディ層102を形成する。続いて、図10Dに示すように、マスクMSA2を選択的に除去した後、マスクMSA1に部分的に重複するようにマスクMSA3を形成する。マスクMSA1及びマスクMSA3越しにイオン注入によってp型の電位固定層130を形成する。マスクMSA1はマスクMSA2及びマスクMSA3の除去時にエッチングされない材料を用いる。例えば、マスクMSA1にはSiO膜、Si膜、SiN膜を用い、マスクMSA2及びマスクMSA3にはレジスト膜を用いることができる。マスクMSA1、マスクMSA2、マスクMSA3の厚さは、例えば0.5~3.0μm程度である。マスクMSA1の幅は、例えば1.0~5.0μm程度である。マスクMSA2、マスクMSA3の幅はそれぞれマスクM11、マスクM12の値からマスクMSA1との重複幅を引いた値である。マスクMSA1とマスクMSA2あるいはマスクMSA3の重複幅は、0.3μm~4.7μmである。この重複幅は使用するリソグラフィ装置の想定される合わせズレ幅より大きくすることが好ましい。以上の工夫によって、p型のボディ層102とp型の電位固定層130の相対位置の精度を高め、素子の耐圧及び損失を改善し、歩留まりを向上させることができる。 The method of forming the p-type body layer 102 and the p-type potential fixed layer 130 described above can be self-aligned. As shown in FIG. 10C, a mask MSA1 is formed and a mask MSA2 is formed to partially overlap it. A p-type body layer 102 is formed by ion implantation through the masks MSA1 and MSA2. Subsequently, as shown in FIG. 10D, after selectively removing the mask MSA2, a mask MSA3 is formed to partially overlap the mask MSA1. A p-type potential fixed layer 130 is formed by ion implantation through the masks MSA1 and MSA3. The mask MSA1 uses a material that is not etched when the masks MSA2 and MSA3 are removed. For example, a SiO 2 film, a Si film, or a SiN film can be used for the mask MSA1, and a resist film can be used for the masks MSA2 and MSA3. The thickness of the mask MSA1, mask MSA2, and mask MSA3 is, for example, about 0.5 to 3.0 μm. The width of the mask MSA1 is, for example, about 1.0 to 5.0 μm. The widths of the masks MSA2 and MSA3 are values obtained by subtracting the overlapping width with the mask MSA1 from the values of the masks M11 and M12, respectively. The overlapping width of the mask MSA1 and the mask MSA2 or the mask MSA3 is 0.3 μm to 4.7 μm. This overlap width is preferably larger than the expected misalignment width of the lithographic apparatus used. With the above measures, it is possible to improve the accuracy of the relative positions of the p-type body layer 102 and the p-type potential fixing layer 130, improve the withstand voltage and loss of the device, and improve the yield.

次に、図11に示すように、基板上のすべてのマスクを除去した後、マスクM13を例えば、レジスト膜で形成する。マスクM13の厚さは、例えば、0.5~3.0μm程度である。マスクM13の幅は、例えば、0.5~4.0μm程度である。マスクM13は、n++型のソース領域103形成部を開口する。また、図示は省略するが、マスクM13には、FLR3の外周にガードリング4が形成される領域にも開口部が設けられている。マスクM13越しに、p型のボディ層102にn型不純物、例えば窒素原子(N)やリン原子(P)をイオン注入して、n++型のソース領域103を形成し、図示は省略するが、周辺形成領域にn++型のガードリング4を形成する。 Next, as shown in FIG. 11, after removing all the masks on the substrate, a mask M13 is formed of, for example, a resist film. The thickness of the mask M13 is, for example, approximately 0.5 to 3.0 μm. The width of the mask M13 is, for example, about 0.5 to 4.0 μm. The mask M13 opens the n ++ -type source region 103 forming portion. Although not shown, the mask M13 is also provided with an opening in a region where the guard ring 4 is formed on the outer circumference of the FLR3. Through the mask M13, n-type impurities such as nitrogen atoms (N) and phosphorus atoms (P) are ion-implanted into the p-type body layer 102 to form an n ++ -type source region 103 (not shown). , an n ++ type guard ring 4 is formed in the peripheral formation region.

次に、図12に示すように、マスクM13を除去し、マスクM14を形成する。マスクM14は例えば、レジスト膜で形成する。マスクM14の厚さは、例えば、0.5~3.0μm程度である。マスクM14はp++型のボディ層コンタクト領域109形成部を開口する。マスクM14越しに、p型のボディ層102にp型不純物をイオン注入して、p++型のボディ層コンタクト領域109を形成する。p++型のボディ層コンタクト領域109のp型のボディ層102の表面からの深さ(第2深さL2)は、例えば0.1~0.5μm程度である。p++型のボディ層コンタクト領域109の不純物濃度は、例えば1×1019~1×1021cm-3の範囲である。 Next, as shown in FIG. 12, the mask M13 is removed and a mask M14 is formed. The mask M14 is formed of, for example, a resist film. The thickness of the mask M14 is, for example, approximately 0.5 to 3.0 μm. The mask M14 opens the p ++ type body layer contact region 109 formation portion. A p ++ -type body layer contact region 109 is formed by ion-implanting a p-type impurity into the p-type body layer 102 through the mask M14. The depth (second depth L2) of the p ++ -type body layer contact region 109 from the surface of the p-type body layer 102 is, for example, about 0.1 to 0.5 μm. The impurity concentration of the p ++ -type body layer contact region 109 is, for example, in the range of 1×10 19 to 1×10 21 cm −3 .

次に、図13に示すように、マスクM14を除去し、マスクM15を例えば、レジスト膜で形成する。マスクM15の厚さは、例えば、1~4μm程度である。マスクM15は、n型の電流拡散層105形成部を開口する。マスクM15越しに、n型のエピタキシャル層101およびp型のボディ層102にn型不純物をイオン注入して、n型の電流拡散層105を形成する。 Next, as shown in FIG. 13, the mask M14 is removed and a mask M15 is formed of, for example, a resist film. The thickness of the mask M15 is, for example, approximately 1 to 4 μm. The mask M15 has an opening for forming the n + -type current diffusion layer 105 . An n + -type current diffusion layer 105 is formed by ion-implanting an n-type impurity into the n -type epitaxial layer 101 and the p-type body layer 102 through the mask M15.

<工程P3>
工程P3では活性化アニールを行う。マスクM15を除去した後、図示は省略するが、SiCエピタキシャル基板の表面上および裏面上に、例えばプラズマCVD法により炭素(C)膜を堆積する。炭素(C)膜の厚さは、例えば0.03μm程度である。この炭素(C)膜により、SiCエピタキシャル基板の表面および裏面を被覆した後、SiCエピタキシャル基板に1500℃以上の温度で2~3分間程度の熱処理を施す。これにより、SiCエピタキシャル基板にイオン注入した各不純物の活性化を行う。熱処理後に、炭素(C)膜を、例えば酸素プラズマ処理により除去する。
<Step P3>
Activation annealing is performed in step P3. After removing the mask M15, although not shown, a carbon (C) film is deposited on the front and rear surfaces of the SiC epitaxial substrate by plasma CVD, for example. The thickness of the carbon (C) film is, for example, about 0.03 μm. After covering the front and back surfaces of the SiC epitaxial substrate with this carbon (C) film, the SiC epitaxial substrate is subjected to heat treatment at a temperature of 1500° C. or higher for about 2 to 3 minutes. As a result, each impurity ion-implanted into the SiC epitaxial substrate is activated. After the heat treatment, the carbon (C) film is removed by oxygen plasma treatment, for example.

<工程P4>
工程P4ではトレンチを形成する。図14は並列接続されたSiCパワーMISFETの要部上面図、図15Aは、図14のトレンチが形成されている領域を通る線分AA’における要部断面図、図15Bは図14のトレンチが形成されていない領域を通る線分BB’の要部断面図である。図15A、図15Bに示すように、マスクM16を絶縁膜、例えば酸化珪素膜で形成する。マスクM16の厚さは、のちの工程で形成するゲート絶縁膜110より厚い方が好ましく、例えば0.01~4μm程度である。マスクM16には、後の工程においてトレンチ106が形成される領域に開口部分が設けられている(図15A)。以降の工程は、図14の線分AA’における要部断面図である図16~図24を参照して説明する。
<Step P4>
A trench is formed in process P4. 14 is a top view of essential parts of SiC power MISFETs connected in parallel, FIG. 15A is a cross-sectional view of essential parts taken along line segment AA' passing through the region where the trenches of FIG. 14 are formed, and FIG. FIG. 10 is a cross-sectional view of a line segment BB' passing through a non-formed region; As shown in FIGS. 15A and 15B, a mask M16 is formed from an insulating film such as a silicon oxide film. The thickness of the mask M16 is preferably thicker than the gate insulating film 110 to be formed in a later step, and is, for example, about 0.01 to 4 μm. The mask M16 is provided with openings in regions where trenches 106 will be formed in a later step (FIG. 15A). Subsequent steps will be described with reference to FIGS.

図16に示すように、異方性ドライエッチングプロセスを用いて、n++型のソース領域103と、p型のボディ層102と、n型の電流拡散層105とに延在するトレンチ106を形成する。形成するトレンチの深さは、p型のボディ層102の深さよりも浅い。形成するトレンチの深さは、例えば0.1~1.5μm程度である。トレンチのチャネル長に並行な方向の長さは、例えば0.5~3.0μm程度である。トレンチのチャネル幅に並行な方向の長さは、例えば0.1~1.0μm程度である。チャネル幅に並行な方向のトレンチ間隔は、例えば0.1~1.0μm程度である。このドライエッチング工程の際に、マスクM16の開口部の肩が丸まって絶縁膜117となり、ボディ層102に挟まれたJFET領域104とゲート電極間、ソース領域103とゲート電極間の絶縁膜信頼性の向上だけでなく、フィールド絶縁膜としても機能する。 As shown in FIG. 16, an anisotropic dry etching process is used to form a trench 106 extending into the n ++ -type source region 103, the p-type body layer 102, and the n + -type current spreading layer 105. As shown in FIG. Form. The depth of the trench to be formed is shallower than the depth of the p-type body layer 102 . The depth of the trench to be formed is, for example, about 0.1 to 1.5 μm. The length of the trench in the direction parallel to the channel length is, for example, about 0.5 to 3.0 μm. The length of the trench in the direction parallel to the channel width is, for example, about 0.1 to 1.0 μm. A trench interval in a direction parallel to the channel width is, for example, about 0.1 to 1.0 μm. During this dry etching process, the shoulders of the openings of the mask M16 are rounded to form the insulating film 117, which reduces the reliability of the insulating film between the JFET region 104 sandwiched between the body layers 102 and the gate electrode and between the source region 103 and the gate electrode. In addition to improving the

<工程P5>
工程P5ではゲートスタックを形成する。図17に示すように、エピタキシャル層101の表面とトレンチ106表面および厚い絶縁膜117表面上に、等方的な堆積法によってゲート絶縁膜110を形成する。ゲート絶縁膜110は底面135及び側面133aで均一な膜厚となる。ゲート絶縁膜110は、例えば熱CVD法により形成されたSiO膜からなる。ゲート絶縁膜110の厚さは、例えば0.005~0.15μm程度である。なお、ゲート絶縁膜110はトレンチの底部のみ選択的に厚くしても良く、その場合は例えば炭素面を基板主面に採用し、熱酸化によってゲート絶縁膜110を形成するとよい。絶縁膜117の膜厚はゲート絶縁膜110の膜厚以下でも良いが、より厚い方が好ましい。具体的には、絶縁膜117の膜厚が、ゲート絶縁膜110の膜厚の3倍以上あれば効果的に絶縁膜電界を低減することができる。
<Process P5>
Step P5 forms a gate stack. As shown in FIG. 17, the gate insulating film 110 is formed on the surface of the epitaxial layer 101, the surface of the trench 106 and the surface of the thick insulating film 117 by an isotropic deposition method. The gate insulating film 110 has a uniform film thickness on the bottom surface 135 and the side surfaces 133a. The gate insulating film 110 is composed of a SiO 2 film formed by thermal CVD, for example. The thickness of the gate insulating film 110 is, for example, approximately 0.005 to 0.15 μm. The gate insulating film 110 may be selectively thickened only at the bottom of the trench. In this case, the carbon surface may be used as the main surface of the substrate, and the gate insulating film 110 may be formed by thermal oxidation. The film thickness of the insulating film 117 may be equal to or less than the film thickness of the gate insulating film 110, but is preferably thicker. Specifically, if the film thickness of the insulating film 117 is three times or more the film thickness of the gate insulating film 110, the insulating film electric field can be effectively reduced.

次に、図18に示すように、ゲート絶縁膜110上に、多結晶珪素(Si)膜111Aを形成する。多結晶珪素(Si)膜111Aは前工程で堆積した絶縁膜110の表面に沿って堆積される。絶縁膜117が厚い場合、多結晶珪素(Si)膜111AはSiC基板の表面の形状に沿わず離れるため、トレンチ上部角部の電界集中が緩和し耐圧が向上する。多結晶珪素(Si)膜111Aの厚さは、例えば0.01~4μm程度である。多結晶珪素(Si)膜111Aの極性はn型でもp型でも良く、閾値電圧に応じて調整することができる。 Next, as shown in FIG. 18, a polycrystalline silicon (Si) film 111A is formed on the gate insulating film 110. Then, as shown in FIG. A polycrystalline silicon (Si) film 111A is deposited along the surface of the insulating film 110 deposited in the previous step. When the insulating film 117 is thick, the polycrystalline silicon (Si) film 111A does not conform to the shape of the surface of the SiC substrate and is separated, so that the electric field concentration at the upper corner of the trench is relieved and the withstand voltage is improved. The thickness of the polycrystalline silicon (Si) film 111A is, for example, approximately 0.01 to 4 μm. The polarity of the polycrystalline silicon (Si) film 111A may be n-type or p-type, and can be adjusted according to the threshold voltage.

次に、図19に示すように、マスクM17(ホトレジスト膜)を用いて、多結晶珪素(Si)膜111Aをドライエッチング法により加工して、ゲート電極111を形成する。これに加えて、p型のボディ層102に挟まれたp型の電位固定層130上の多結晶珪素(Si)膜111Bをドライエッチングによって開口しても良い。 Next, as shown in FIG. 19, using a mask M17 (photoresist film), the polycrystalline silicon (Si) film 111A is processed by a dry etching method to form a gate electrode 111. Next, as shown in FIG. In addition to this, the polycrystalline silicon (Si) film 111B on the p-type potential fixed layer 130 sandwiched between the p-type body layers 102 may be opened by dry etching.

<工程P6>
工程P6では各種電極を形成する。図20に示すように、ボディ層102の表面上に、ゲート電極111およびゲート絶縁膜110を覆うように、例えばプラズマCVD法により層間絶縁膜112を形成する。
<Process P6>
Various electrodes are formed in the process P6. As shown in FIG. 20, an interlayer insulating film 112 is formed on the surface of the body layer 102 by plasma CVD, for example, so as to cover the gate electrode 111 and the gate insulating film 110 .

次に、図21に示すように、マスクM18(ホトレジスト膜)を用いて、層間絶縁膜112およびゲート絶縁膜110および絶縁膜117をドライエッチング法により加工して、n++型のソース領域103の一部およびp++型のボディ層コンタクト領域109に達する開口部CNT_Sを形成する。 Next, as shown in FIG. 21, using a mask M18 (photoresist film), the interlayer insulating film 112, the gate insulating film 110, and the insulating film 117 are processed by dry etching to form the n ++ source region 103. An opening CNT_S reaching the partial and p ++ type body layer contact regions 109 is formed.

次に、図22に示すように、マスクM18を除去した後、開口部CNT_Sの底面に露出しているn++型のソース領域103の一部およびp++型のボディ層コンタクト領域109のそれぞれの表面に金属シリサイド層113を形成する。まず、図示は省略するが、エピタキシャル層101の表面上に、層間絶縁膜112および開口部CNT_Sの内部(側面および底面)を覆うように、例えばスパッタリング法により第1金属膜として、例えばニッケル(Ni)を堆積する。この第1金属膜の厚さは、例えば0.05μm程度である。続いて、600~1000℃のシリサイド化熱処理を施すことにより、開口部CNT_Sの底面において第1金属膜とエピタキシャル層とを反応させて、金属シリサイド層113として、例えばニッケルシリサイド(NiSi)層を開口部CNTの底面に露出しているn++型のソース領域103の一部およびp++型のボディ層コンタクト領域109のそれぞれの表面に形成する。続いて、未反応の第1金属膜をウェットエッチング法により除去する。ウェットエッチング法には、例えば硫酸過水が用いられる。 Next, as shown in FIG. 22, after removing the mask M18, a portion of the n ++ type source region 103 and the p ++ type body layer contact region 109 exposed at the bottom surface of the opening CNT_S are exposed. A metal silicide layer 113 is formed on the surface. First, although illustration is omitted, on the surface of the epitaxial layer 101, a first metal film, such as nickel (Ni ). The thickness of this first metal film is, for example, about 0.05 μm. Subsequently, a silicidation heat treatment is performed at 600 to 1000° C. to react the first metal film and the epitaxial layer at the bottom surface of the opening CNT_S, thereby opening, for example, a nickel silicide (NiSi) layer as the metal silicide layer 113. It is formed on the surfaces of a portion of n ++ -type source region 103 and p ++ -type body layer contact region 109 exposed at the bottom surface of portion CNT. Subsequently, the unreacted first metal film is removed by wet etching. Sulfuric acid-hydrogen peroxide mixture, for example, is used for the wet etching method.

次に、図示は省略するが、マスク(ホトレジスト膜)を用いて、層間絶縁膜112を加工して、ゲート電極111に達する開口部CNT_Gを形成する。開口部CNT_Gは、ゲート配線用電極8とゲート電極111とを接続するために設けられる。 Next, although not shown, an opening CNT_G reaching the gate electrode 111 is formed by processing the interlayer insulating film 112 using a mask (photoresist film). The opening CNT_G is provided to connect the gate wiring electrode 8 and the gate electrode 111 .

次に、図23に示すように、n++型のソース領域103の一部およびp++型のボディ層コンタクト領域109のそれぞれの表面に形成された金属シリサイド層113に達する開口部CNT_S、ならびにゲート電極111に達する開口部CNT_G(図示は省略)の内部を含む層間絶縁膜112上に第3金属膜、例えばチタン(Ti)膜と窒化チタン(TiN)膜とアルミニウム(Al)膜とからなる積層膜を堆積する。アルミニウム(Al)膜の厚さは、例えば2.0μm以上が好ましい。続いて、第3金属膜を加工することにより、開口部CNT_S内の金属シリサイド層113を介してn++型のソース領域103の一部およびp++型のボディ層コンタクト領域109と電気的に接続するソース配線用電極2と、ゲート電極111と開口部CNT_Gを通して電気的に接続するゲート配線用電極8とを形成する。 Next, as shown in FIG. 23, an opening CNT_S reaching the metal silicide layer 113 formed on each surface of part of the n ++ -type source region 103 and the p ++ -type body layer contact region 109, and the gate Lamination of a third metal film, for example, a titanium (Ti) film, a titanium nitride (TiN) film, and an aluminum (Al) film on the interlayer insulating film 112 including the inside of the opening CNT_G (not shown) reaching the electrode 111 Deposit a film. The thickness of the aluminum (Al) film is preferably 2.0 μm or more, for example. Subsequently, by processing the third metal film, a part of the n ++ type source region 103 and the p ++ type body layer contact region 109 are electrically connected through the metal silicide layer 113 in the opening CNT_S. The source wiring electrode 2 and the gate wiring electrode 8 electrically connected to the gate electrode 111 through the opening CNT_G are formed.

次に、図示は省略するが、SiO膜もしくはポリイミド膜をパッシベーション膜としてゲート配線用電極8およびソース配線用電極2を覆うように堆積させる。 Next, although not shown, a SiO 2 film or a polyimide film is deposited as a passivation film so as to cover the gate wiring electrode 8 and the source wiring electrode 2 .

次に、図示は省略するが、パッシベーション膜を加工してパッシベーションを形成する。その際に、ソース電極開口部7とゲート電極開口部5を形成する。 Next, although not shown, the passivation film is processed to form passivation. At that time, the source electrode opening 7 and the gate electrode opening 5 are formed.

次に、図示は省略するが、n型のドレイン領域108に、例えばスパッタリング法により第2金属膜を堆積する。この第2金属膜の厚さは、例えば0.1μm程度である。 Next, although not shown, a second metal film is deposited on the n + -type drain region 108 by sputtering, for example. The thickness of this second metal film is, for example, about 0.1 μm.

次に、図24に示すように、レーザーシリサイド化熱処理を施すことにより、第2金属膜とn型のドレイン領域108と反応させて、n+型のドレイン領域108を覆うように金属シリサイド層115を形成する。続いて、金属シリサイド層115を覆うように、ドレイン配線用電極116を形成する。ドレイン配線用電極116にはTi膜とNi膜と金(Au)膜の積層膜を0.5~1.0μm堆積させて形成する。 Next, as shown in FIG. 24, a laser silicidation heat treatment is performed to react the second metal film with the n + -type drain region 108 to form a metal silicide layer 115 covering the n + -type drain region 108 . to form Subsequently, a drain wiring electrode 116 is formed to cover the metal silicide layer 115 . The drain wiring electrode 116 is formed by depositing a laminated film of a Ti film, a Ni film and a gold (Au) film to a thickness of 0.5 to 1.0 μm.

その後、ソース配線用電極2、ゲート配線用電極8、およびドレイン配線用電極116に、それぞれ外部配線が電気的に接続される。 After that, external wirings are electrically connected to the source wiring electrode 2, the gate wiring electrode 8, and the drain wiring electrode 116, respectively.

このように、実施例1によれば、既述の通り、p型の電位固定層130の形成により電流拡散層105の合わせズレの影響を低減し最少リングモデルから成る耐圧の向上を実現し、MISFETの信頼性を大幅に向上させている。 As described above, according to the first embodiment, as described above, the formation of the p-type potential fixing layer 130 reduces the influence of misalignment of the current diffusion layer 105 and realizes an improvement in breakdown voltage based on the minimum ring model. This greatly improves the reliability of MISFETs.

さらに通常のDMOS構造及びトレンチ型DMOSにおいては、電流拡散層105及びエピタキシャル層101のうち、絶縁膜117及びゲート絶縁膜110を挟んでゲート電極111と対向している面がキャパシタとなり、帰還容量の主要な部分となるが、図24に示されるように、実施例1の構造においては、p型の電位固定層130が存在する部分についてはpn接合を直列に挿入しているものと等価であるため、この部分の容量は無視でき、帰還容量は大幅に低減される。この効果はスイッチング損失の低減及び誤点弧の防止につながる。さらに、本実施例で説明したように、p型の電位固定層130はp型のボディ層102に対してセルフアラインで形成することができる。したがってJFET抵抗値は顕著に増加しない。 Furthermore, in the normal DMOS structure and the trench type DMOS, the surfaces of the current diffusion layer 105 and the epitaxial layer 101 facing the gate electrode 111 with the insulating film 117 and the gate insulating film 110 interposed therebetween serve as capacitors, which contribute to feedback capacitance. 24, in the structure of Example 1, the portion where the p-type potential fixed layer 130 exists is equivalent to inserting a pn junction in series. Therefore, the capacitance of this portion can be ignored and the feedback capacitance is greatly reduced. This effect leads to reduction of switching loss and prevention of false ignition. Furthermore, as described in this embodiment, the p-type potential fixing layer 130 can be formed in self-alignment with the p-type body layer 102 . Therefore, the JFET resistance does not increase significantly.

以上より、p型の電位固定層130を形成することで、通常のトレンチ型MOS構造並みの低いチャネル抵抗を損なうことなく、課題であった耐圧を改善し、さらに良好なスイッチング特性を実現することができるため、従来のトレンチ型DMOSよりも高信頼かつ低損失なSiCパワーMISFETを提供することが可能である。これにより、高い信頼性を有する炭化珪素半導体装置およびその製造方法を提供することができる。 As described above, by forming the p-type potential fixed layer 130, it is possible to improve the breakdown voltage, which has been a problem, and realize even better switching characteristics without impairing the low channel resistance comparable to that of a normal trench-type MOS structure. Therefore, it is possible to provide a SiC power MISFET with higher reliability and lower loss than the conventional trench type DMOS. Thereby, a highly reliable silicon carbide semiconductor device and a method for manufacturing the same can be provided.

図25は、実施例2によるSiCパワーMISFETの要部断面図であって、特にJFET領域204近傍の拡大図である。実施例1との相違点は、p型の電界緩和層231がn型の電流拡散層205からJFET領域204、p型の電位固定層230にかけてSiC基板表面直下に形成されていることである。このように、p型の電位固定層230とp型の電界緩和層231とを同時に用いることによって、各手法のデメリットを最小化しながらより大きな耐圧向上を得ることができる。特許文献2のように、電界緩和層231はトレンチ型DMOSの耐圧向上とゲート絶縁膜110の保護に効果的である。しかしながら、既述の通り電流拡散層205の合わせズレに対しては高耐圧化が不十分である。また、図26の従来のトレンチ型DMOSにおけるチャネルオン時の空乏層分布図に示す(符号240は空乏層の端部を示す)ように、電界緩和層231-エピタキシャル層間のビルトインポテンシャルによって、JFET領域204上部の基板表面からも空乏層が進展してしまい、電流経路が狭まることによってJFET抵抗が増加してしまうというトレードオフ関係がある。図示は省略するが、p型の電位固定層230が単体で存在する場合もp型の電位固定層230から空乏層が進展し、同様のトレードオフ関係がある。これら2つの構造はどちらの場合も形成される空乏層の位置が同じであるため、p型の電界緩和層231とp型の電位固定層230とを同時に用いることによって、いずれか一方の構造のみを適用する場合と比較して、新たな抵抗増加を抑えながら、大きな耐圧向上を実現することができる。 FIG. 25 is a fragmentary cross-sectional view of the SiC power MISFET according to Example 2, and is an enlarged view of the vicinity of the JFET region 204 in particular. The difference from Example 1 is that the p-type electric field relaxation layer 231 is formed directly under the SiC substrate surface from the n + -type current diffusion layer 205 to the JFET region 204 and the p-type potential fixed layer 230 . . In this way, by simultaneously using the p-type potential fixing layer 230 and the p-type electric field relaxation layer 231, it is possible to obtain a greater improvement in breakdown voltage while minimizing the disadvantages of each method. As in Patent Document 2, the electric field relaxation layer 231 is effective in improving the withstand voltage of the trench DMOS and protecting the gate insulating film 110 . However, as described above, the high withstand voltage is insufficient for the misalignment of the current diffusion layer 205 . Further, as shown in the depletion layer distribution diagram of the conventional trench-type DMOS when the channel is turned on in FIG. There is a trade-off relationship in that the depletion layer also extends from the substrate surface above 204, narrowing the current path and increasing the JFET resistance. Although not shown, even when the p-type potential fixed layer 230 exists alone, a depletion layer develops from the p-type potential fixed layer 230, and there is a similar trade-off relationship. Since the position of the depletion layer formed in these two structures is the same in both cases, by simultaneously using the p-type electric field relaxation layer 231 and the p-type potential fixing layer 230, only one of the structures Compared to the case of applying , it is possible to realize a large improvement in withstand voltage while suppressing an increase in new resistance.

実施例2の構造によるチャネルオン時の空乏層分布を、図27を用いて説明する。p型の電位固定層230は、n型の電界緩和層231からの空乏層が存在していた領域に配置しているため、p型の電位固定層230の追加による空乏層幅、つまりJFET抵抗の増加はわずかである。一方で、p型の電位固定層230による大幅な耐圧の向上の恩恵をp型のボディ層202の隙間幅で定義されるJFET幅を広げることに利用すれば、より低いJFET抵抗を得ることができる。以上から、p型の電界緩和層231とp型の電位固定層230を同時に用いることによって、より低損失かつ高耐圧のSiCパワーMISFETを実現することができる。 The depletion layer distribution when the channel is on in the structure of Example 2 will be described with reference to FIG. Since the p-type potential fixed layer 230 is arranged in the region where the depletion layer from the n-type electric field relaxation layer 231 was present, the depletion layer width due to the addition of the p-type potential fixed layer 230, that is, the JFET resistance increase is slight. On the other hand, if the benefit of the significant improvement in breakdown voltage due to the p-type potential fixing layer 230 is used to widen the JFET width defined by the gap width of the p-type body layer 202, a lower JFET resistance can be obtained. can. As described above, by simultaneously using the p-type electric field relaxation layer 231 and the p-type potential fixing layer 230, a SiC power MISFET with lower loss and higher withstand voltage can be realized.

なお、図25~図27において、詳細な説明は省略したが、符号202はp型のボディ層、符号206はトレンチ、符号210はゲート絶縁膜、符号217は絶縁膜を示している。 25 to 27, reference numeral 202 denotes a p-type body layer, reference numeral 206 denotes a trench, reference numeral 210 denotes a gate insulating film, and reference numeral 217 denotes an insulating film, although detailed description is omitted.

≪炭化珪素半導体装置の製造方法≫
実施例2による炭化珪素半導体装置の製造方法について、要点のみ、図28を用いて説明する。
<<Method for Manufacturing Silicon Carbide Semiconductor Device>>
A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to Example 2 will be described with reference to FIG. 28 only for the essential points.

p型の電界緩和層231は、実施例1における、ボディ層形成工程以降かつ活性化工程以前であれば、任意の工程に挿入できる。例えば、図28は、実施例1の工程において、n型の電流拡散層205を形成した後にp型の電界緩和層231を形成する場合の例を示している。 The p-type electric field relaxation layer 231 can be inserted in any step after the body layer formation step and before the activation step in the first embodiment. For example, FIG. 28 shows an example of forming the p-type electric field relaxation layer 231 after forming the n-type current diffusion layer 205 in the process of the first embodiment.

n型の電流拡散層205を形成し、全てのマスクを除去するまでは実施例1と同じである。続いて、例えばレジスト膜を用いてマスクM21を形成する。マスクM21越しにp型不純物、例えばアルミニウム原子(Al)をイオン注入し、p型の電界緩和層231を形成する。マスクM21の厚さは、例えば、1~4μm程度である。マスクM21の開口部幅は、n型の電流拡散層205の全表面を埋められる幅が好ましい。p型の電界緩和層231の不純物濃度は、基板中の同一点におけるn型の電流拡散層205の濃度より高く、例えば1×1016~1×1019cm-3の範囲である。 The procedure is the same as in Example 1 until an n-type current diffusion layer 205 is formed and all masks are removed. Subsequently, a mask M21 is formed using, for example, a resist film. A p-type impurity such as aluminum atoms (Al) is ion-implanted through the mask M21 to form a p-type electric field relaxation layer 231 . The thickness of the mask M21 is, for example, approximately 1 to 4 μm. The width of the opening of the mask M21 is preferably such that the entire surface of the n-type current diffusion layer 205 can be filled. The impurity concentration of the p-type electric field relaxation layer 231 is higher than the concentration of the n-type current diffusion layer 205 at the same point in the substrate, eg, in the range of 1×10 16 to 1×10 19 cm −3 .

p型の電界緩和層231は、p型の電流拡散層205と同じマスク、及びJFET領域204を開口したマスクを用いて2度以上に分けて注入しても良い。この場合、電流拡散層205に対しセルフアラインとなるため、チャネルへの影響を軽微にできる。 The p-type electric field relaxation layer 231 may be implanted in two or more steps using the same mask as the p-type current diffusion layer 205 and a mask with an opening in the JFET region 204 . In this case, since it is self-aligned with the current diffusion layer 205, the influence on the channel can be reduced.

このようにp型の電界緩和層231とp型の電位固定層230とを併用することによって、空乏層の構造を有効に利用し、高耐圧化と低損失化を同時に行うことが可能である。さらに、絶縁膜がn型領域に露出する面積が減るため、帰還容量も低減されスイッチング損失の低減及び誤点弧の防止を行うことができる。 By using the p-type electric field relaxation layer 231 and the p-type potential fixing layer 230 together in this way, the structure of the depletion layer can be effectively used, and it is possible to simultaneously achieve high withstand voltage and low loss. . Furthermore, since the area of the insulating film exposed to the n-type region is reduced, the feedback capacitance is also reduced, thereby reducing switching loss and preventing erroneous ignition.

図30は実施例3によるSiCパワーMISFETの要部断面図の、特にJFET領域304近傍の拡大図である。前述した実施例1との相違点は、p型の電位固定層330がn型の電流拡散層305より深い位置まで形成されている点である。 FIG. 30 is an enlarged view of a cross-sectional view of a main portion of the SiC power MISFET according to Example 3, particularly in the vicinity of the JFET region 304. FIG. A difference from the first embodiment described above is that the p-type potential fixing layer 330 is formed to a position deeper than the n-type current diffusion layer 305 .

比較のため、図29に、実施例1の構造において、例えば図7に示した例よりもさらに大きな合わせズレが生じた伴う場合の空乏層の構造を示す。n型の電流拡散層105がp型の電位固定層130の下部にも存在する場合、p型の電位固定層130からの空乏層の端部140dが発展できなくなる。この場合、p型の電位固定層130によって空乏層を閉塞できず、耐圧が大きく低下するおそれがある。 For comparison, FIG. 29 shows the structure of the depletion layer in the structure of Example 1 with a larger misalignment than, for example, the example shown in FIG. If the n-type current diffusion layer 105 also exists under the p-type potential fixed layer 130, the depletion layer edge 140d from the p-type potential fixed layer 130 cannot develop. In this case, the depletion layer cannot be blocked by the p-type potential fixing layer 130, and the breakdown voltage may be greatly reduced.

そこで、実施例3では、図30に示すように、p型の電位固定層330をn型の電流拡散層305より深くまで形成する。この場合、n型の電流拡散層305がp型の電位固定層330と重なるほど合わせズレが生じた場合でも、確実に空乏層340を閉塞させることができる。なお、図30において詳細な説明は省略したが、符号302はp型のボディ層、符号306はトレンチ、符号310はゲート絶縁膜、符号317は絶縁膜を示している。 Therefore, in Example 3, as shown in FIG. 30, the p-type potential fixing layer 330 is formed deeper than the n-type current diffusion layer 305 . In this case, even if the n-type current diffusion layer 305 overlaps with the p-type potential fixing layer 330 and the misalignment occurs, the depletion layer 340 can be reliably blocked. Although detailed description is omitted in FIG. 30, reference numeral 302 denotes a p-type body layer, reference numeral 306 denotes a trench, reference numeral 310 denotes a gate insulating film, and reference numeral 317 denotes an insulating film.

以上のように、実施例3の構造を用いたトレンチ型DMOSは、n型の電流拡散層305の合わせズレに起因する顕著な耐圧の低下を確実に防止し、低損失かつ高耐圧で高い耐圧歩留まりを持つSiCパワーMISFET及びその製造方法を実現することができる。 As described above, the trench type DMOS using the structure of Example 3 reliably prevents a significant decrease in breakdown voltage due to the misalignment of the n-type current diffusion layer 305, and achieves low loss, high breakdown voltage, and high breakdown voltage. A SiC power MISFET with a high yield and a manufacturing method thereof can be realized.

図31は実施例4によるSiCパワーMISFETのチャネルオン時の空乏層の構造を示す。前述した実施例1との相違点は、p型の電位固定層430の直下に、JFET領域404より高濃度のn型の領域432(以下、カウンターと呼称する)が形成されている点である。 FIG. 31 shows the structure of the depletion layer of the SiC power MISFET according to Example 4 when the channel is on. The difference from the first embodiment described above is that an n-type region 432 (hereinafter referred to as a counter) having a higher concentration than the JFET region 404 is formed directly below the p-type potential fixed layer 430. .

比較のため、図32に、実施例1の構造におけるチャネルオン時の空乏層の構造を示す。p型の電位固定層130が存在する場合、チャネルオン時においても空乏層の端部140eが発展する。JFET領域104は低濃度のn型領域のため、空乏層の端部140eはJFET領域404に深くまで伸び、JFET領域の抵抗が大きくなる。 For comparison, FIG. 32 shows the structure of the depletion layer in the structure of Example 1 when the channel is on. When the p-type potential fixed layer 130 exists, the edge 140e of the depletion layer develops even when the channel is on. Since the JFET region 104 is a low-concentration n-type region, the end 140e of the depletion layer extends deep into the JFET region 404, increasing the resistance of the JFET region.

これに対し、図31に示されるように、本実施例の構造では、高濃度のn型のカウンター432が存在するため、p型の電位固定層430からの空乏層端440eはn型のカウンター432内で止まり、電流経路を狭窄しない。さらには、キャリア密度の高いn型のカウンター432を通じてJFET領域中央まで電流を拡散することができ、損失を低減することができる。実施例4の構造においても、p型のボディ層402とp型の電位固定層430を結ぶ直線上は低濃度領域となるため、実施例1の構造と同様に空乏化を行うことができ、高耐圧化の効果は失われない。 On the other hand, as shown in FIG. 31, in the structure of this embodiment, since the high-concentration n-type counter 432 exists, the depletion layer end 440e from the p-type potential fixed layer 430 is the n-type counter. It stops within 432 and does not constrict the current path. Furthermore, the current can be diffused to the center of the JFET region through the n-type counter 432 with a high carrier density, and loss can be reduced. Also in the structure of the fourth embodiment, the straight line connecting the p-type body layer 402 and the p-type potential fixed layer 430 is a low-concentration region. The effect of increasing the withstand voltage is not lost.

さらに、実施例2の電界緩和層および実施例3の深い電位固定層と併用することによって、より高性能なパワーデバイスを実現することができる。p型の電界緩和層431、深いp型の電位固定層430aおよびn型のカウンター432を形成したトレンチ型DMOSのチャネルオン・オフ時それぞれの空乏層の構造を示す図33及び34を用いて説明する。図33に示すチャネルオン時には、n型のカウンター432の濃度を適切に設計することによって、p型の電界緩和層431のみを用いた場合より低損失化が可能である。図34に示すチャネルオフ時には、n型の電流拡散層405が大きな合わせズレを伴う場合にも深いp型の電位固定層430aの側面から伸びる空乏層によって高耐圧化される。なお、図31~図34において詳細な説明は省略したが、符号406はトレンチ、符号410はゲート絶縁膜、符号417は絶縁膜を示している。 Furthermore, by using the electric field relaxation layer of Example 2 and the deep potential fixing layer of Example 3 together, a power device with higher performance can be realized. Description will be made with reference to FIGS. 33 and 34 showing the structure of the depletion layer during channel on/off of a trench type DMOS in which a p-type electric field relaxation layer 431, a deep p-type potential fixing layer 430a and an n-type counter 432 are formed. do. When the channel is turned on as shown in FIG. 33, by appropriately designing the concentration of the n-type counter 432, it is possible to reduce the loss as compared with the case where only the p-type electric field relaxation layer 431 is used. When the channel is turned off as shown in FIG. 34, the depletion layer extending from the side surface of the deep p-type potential fixed layer 430a increases the withstand voltage even when the n-type current diffusion layer 405 is accompanied by a large misalignment. Although detailed description is omitted in FIGS. 31 to 34, reference numeral 406 denotes a trench, reference numeral 410 denotes a gate insulating film, and reference numeral 417 denotes an insulating film.

以上から、p型の電位固定層430の直下にJFET領域404より高濃度のn型のカウンター432を形成することによってJFET領域の抵抗を低減し、より低損失かつ高耐圧のSiCパワーMISFETを実現することができる。 As described above, by forming the n-type counter 432 with a higher concentration than the JFET region 404 immediately below the p-type potential fixed layer 430, the resistance of the JFET region is reduced, and a SiC power MISFET with lower loss and higher withstand voltage is realized. can do.

≪炭化珪素半導体装置の製造方法≫
実施例4による炭化珪素半導体装置の製造方法について説明する。図示は省略するが、実施例1あるいは2あるいは3において、p型の電位固定層430を形成する際に、p型の電位固定層430と同じマスクを用いてn型の不純物をp型の電位固定層より高エネルギーのイオン注入することによって実現される。
<<Method for Manufacturing Silicon Carbide Semiconductor Device>>
A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to Example 4 will be described. Although illustration is omitted, in the first, second, or third embodiment, when the p-type potential fixed layer 430 is formed, the same mask as the p-type potential fixed layer 430 is used to apply n-type impurities to the p-type potential. This is achieved by implanting ions of higher energy than the fixed layer.

図35は実施例5によるSiCパワーMISFETの要部断面図である。前述した実施例1との相違点は、ゲート電極511・絶縁膜517・層間絶縁膜512の中央部が開口しており、ソース電極2がp型の電位固定層530と接続されている点である。p型の電位固定層530は終端構造においてp型のボディ層502及びp++型のボディ層コンタクト領域509を通じてソース電極2に接続することができるが、一般にp型領域は高抵抗のため、高速スイッチング時にフローティングとなる可能性がある。実施例5の構造では、p型の電位固定層530の電位が全域で直接ソース電位に固定されるため、高速スイッチング時の信頼性を向上させることができる。 FIG. 35 is a fragmentary cross-sectional view of a SiC power MISFET according to Example 5. FIG. The difference from the first embodiment described above is that the central portions of the gate electrode 511, the insulating film 517, and the interlayer insulating film 512 are open, and the source electrode 2 is connected to the p-type potential fixing layer 530. FIG. be. The p-type potential fixing layer 530 can be connected to the source electrode 2 through the p-type body layer 502 and the p ++ -type body layer contact region 509 in the termination structure. May float during switching. In the structure of the fifth embodiment, the potential of the p-type potential fixed layer 530 is directly fixed to the source potential over the entire area, so reliability during high-speed switching can be improved.

さらに、図36に示すように、ソース電極2とp型の電位固定層530とをシリサイド層を介して接続するのではなく、p型の電位固定層530からはみ出すようにソース電極2を接続しても良い。この場合、ショットキーバリアダイオードとして動作することができ、内蔵ボディダイオードの電流を低減することで逆方向通電時の結晶欠陥の拡張を防ぎ、長期信頼性を向上させることができる。 Furthermore, as shown in FIG. 36, instead of connecting the source electrode 2 and the p-type potential fixed layer 530 via a silicide layer, the source electrode 2 is connected so as to protrude from the p-type potential fixed layer 530 . can be In this case, it can operate as a Schottky barrier diode, and by reducing the current of the built-in body diode, it is possible to prevent crystal defects from expanding during reverse conduction and improve long-term reliability.

なお、図35~図36において詳細な説明は省略したが、符号501はn型のエピタキシャル層、符号502はp型のボディ層、符号503はn++型のソース領域、符号505はn型の電流拡散層、符号506はトレンチ、符号507はn型のSiC基板、符号508はn型のドレイン領域、符号509はp++型のボディ層コンタクト領域、符号510はゲート絶縁膜、符号513は金属シリサイド層、符号515は金属シリサイド層、符号516はドレイン配線用電極を示している。 Although detailed description is omitted in FIGS. 35 and 36, reference numeral 501 denotes an n -type epitaxial layer, reference numeral 502 denotes a p-type body layer, reference numeral 503 denotes an n ++ -type source region, and reference numeral 505 denotes an n + layer. 506 is a trench, 507 is an n + -type SiC substrate, 508 is an n + -type drain region, 509 is a p ++ -type body layer contact region, 510 is a gate insulating film, Reference numeral 513 denotes a metal silicide layer, reference numeral 515 denotes a metal silicide layer, and reference numeral 516 denotes a drain wiring electrode.

≪炭化珪素半導体装置の製造方法≫
実施例5による炭化珪素半導体装置の製造方法について実施例1との相違点を説明する。
<<Method for Manufacturing Silicon Carbide Semiconductor Device>>
Regarding the method of manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the fifth embodiment, differences from the first embodiment will be described.

ゲート電極511の加工時に、p型の電位固定層530上も開口するようなマスクを使用してエッチングを行う。さらに、層間絶縁膜512、ゲート絶縁膜510及び絶縁膜517をエッチングして金属シリサイド層513を形成する工程において、p型の電位固定層530の直上を開口するようなマスクを使用してエッチングを行う。あるいは、金属シリサイド層513を形成した後に別のマスクによってp型の電位固定層530のコンタクト部を開口しても良い。この場合、シリサイドを形成せずにp型の電位固定層530にコンタクトすることができる。p型の電位固定層530上の開口幅は例えば、0.5~5.0μmである。 When the gate electrode 511 is processed, etching is performed using a mask that also opens the p-type potential fixed layer 530 . Furthermore, in the step of etching the interlayer insulating film 512 , the gate insulating film 510 and the insulating film 517 to form the metal silicide layer 513 , etching is performed using a mask that opens right above the p-type potential fixed layer 530 . conduct. Alternatively, after forming the metal silicide layer 513, the contact portion of the p-type potential fixing layer 530 may be opened using another mask. In this case, the p-type potential fixing layer 530 can be contacted without forming silicide. The opening width on the p-type potential fixing layer 530 is, for example, 0.5 to 5.0 μm.

このように、実施例5によれば、実施例1と同様にトレンチ型DMOS構造より高信頼な炭化珪素半導体装置およびその製造方法を実現できることに加えて、本形態ではp型の電位固定層530の電位をソース電位に固定し、高速スイッチング時の信頼性向上が可能である。さらに、p型の電位固定層530のコンタクトにシリサイドを用いず適切な開口幅を用いればショットキーバリアダイオードを内蔵して逆方向通電時の劣化を抑制することが可能であり、高耐圧・低損失・高速スイッチングに加え長期信頼性を持つSiCパワーMISFETが実現可能である。 As described above, according to the fifth embodiment, it is possible to realize a silicon carbide semiconductor device having a higher reliability than the trench type DMOS structure and a method for manufacturing the same, as in the first embodiment. can be fixed to the source potential to improve reliability during high-speed switching. Furthermore, by using an appropriate opening width without using silicide for the contact of the p-type potential fixed layer 530, it is possible to incorporate a Schottky barrier diode and suppress deterioration during reverse conduction. A SiC power MISFET with long-term reliability in addition to loss and high-speed switching can be realized.

図37は実施例6によるSiCパワーMISFETの要部上面図である。前述した実施例1との相違点は、p型の電位固定層630がストライプ状ではなく、一定の間隔を置いて並列しており、トレンチの長手方向延長上に配置されている点である。 FIG. 37 is a top view of essential parts of a SiC power MISFET according to Example 6. FIG. The difference from the first embodiment described above is that the p-type potential fixing layers 630 are not striped, but arranged side by side at regular intervals and arranged on the longitudinal extension of the trench.

p型の電位固定層630は耐圧を向上させる一方で、JFET領域の抵抗を増加させてしまう。実施例6では、最も電界が集中するトレンチ606形成領域近傍のみ、空乏化を促進することによって、損失の増加を最小限に抑えながら、大きな耐圧向上を実現することができる。なお、図37において詳細な説明は省略したが、符号603はn++型のソース領域、符号605はn型の電流拡散層、符号609はp++型のボディ層コンタクト領域を示している。 While the p-type potential fixing layer 630 improves the breakdown voltage, it increases the resistance of the JFET region. In the sixth embodiment, by promoting depletion only in the vicinity of the trench 606 formation region where the electric field is most concentrated, it is possible to greatly improve the withstand voltage while minimizing the increase in loss. Although detailed description is omitted in FIG. 37, reference numeral 603 denotes an n ++ -type source region, reference numeral 605 denotes an n + -type current diffusion layer, and reference numeral 609 denotes a p ++ -type body layer contact region.

≪炭化珪素半導体装置の製造方法≫
実施例6による炭化珪素半導体装置の製造方法については、実施例1において、p型の電位固定層630形成時のマスクの開口部をストライプ型から島型に変更することで実現できる。p型の電位固定層630のトレンチ長手方向と垂直な方向のピッチはトレンチ606のピッチと等しいことが好ましいが、例えば倍周期にしても良い。また、p型の電位固定層630のトレンチ長手方向と垂直な方向の幅は例えば0.3μm~1.0μmの範囲である。
<<Method for Manufacturing Silicon Carbide Semiconductor Device>>
The method of manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the sixth embodiment can be realized by changing the opening of the mask in forming the p-type potential fixed layer 630 from the stripe shape to the island shape in the first embodiment. The pitch of the p-type potential fixing layers 630 in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the trench is preferably equal to the pitch of the trenches 606, but may be, for example, double the pitch. The width of the p-type potential fixing layer 630 in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the trench is, for example, in the range of 0.3 μm to 1.0 μm.

このように、実施例5によれば、実施例1と同様にトレンチ型DMOS構造より高信頼な炭化珪素半導体装置およびその製造方法を実現できることに加えて、損失の増加を最小化することができる。 As described above, according to the fifth embodiment, as in the first embodiment, it is possible to realize a silicon carbide semiconductor device having a more reliable trench type DMOS structure and a method for manufacturing the same, and in addition, it is possible to minimize an increase in loss. .

以上、実施例1~6において説明したSiCMISFETを有する半導体装置を各種装置に用いることができる。図38は電力変換装置(インバータ)の一例を示す回路図である。 As described above, the semiconductor device having the SiCMISFET described in Examples 1 to 6 can be used for various devices. FIG. 38 is a circuit diagram showing an example of a power converter (inverter).

図38に示すように、インバータ802はスイッチング素子であるSiCMISFET804と、ダイオード805とを有する。各単相において、電源電位(Vcc)と負荷(この例では3相モータ)801への入力電位との間にSiCMISFET804とダイオード805とが逆並列に接続されており(上アーム)、負荷801の入力電位と基準電位(GND)との間にもSiCMISFET804とダイオード805とが逆並列に接続されている(下アーム)。つまり、負荷801に対し、各単相に2つのSiCMISFET804と2つのダイオード805が設けられており、3相で6つのスイッチング素子804と6つのダイオード805が設けられている。そして、個々のSiCMISFET804のゲート電極には制御回路803が接続されており、この制御回路803によってSiCMISFET804が制御されている。従って、制御回路803でインバータ802を構成するSiCMISFET804を流れる電流を制御することにより、負荷801を駆動することができる。 As shown in FIG. 38, inverter 802 has SiCMISFET 804 as a switching element and diode 805 . In each single phase, a SiCMISFET 804 and a diode 805 are connected in antiparallel between the power supply potential (Vcc) and the input potential to the load (three-phase motor in this example) 801 (upper arm). A SiCMISFET 804 and a diode 805 are also connected in antiparallel between the input potential and the reference potential (GND) (lower arm). That is, for the load 801, two SiCMISFETs 804 and two diodes 805 are provided for each single phase, and six switching elements 804 and six diodes 805 are provided for three phases. A control circuit 803 is connected to the gate electrode of each SiCMISFET 804 , and the SiCMISFET 804 is controlled by this control circuit 803 . Therefore, the load 801 can be driven by controlling the current flowing through the SiCMISFET 804 forming the inverter 802 with the control circuit 803 .

インバータ802を構成するSiCMISFET804の機能について以下に説明する。負荷801、例えばモータを制御駆動させるためには所望の電圧の正弦波を負荷801に入力する必要がある。制御回路803はSiCMISFET804を制御し、矩形波のパルス幅を動的に変化させるパルス幅変調動作を行っている。出力された矩形波はインダクタを経ることで、平滑化され、擬似的な所望の正弦波となる。SiCMISFET804は、このパルス幅変調動作を行うための矩形波を作り出す機能を有している。 The function of the SiCMISFET 804 forming the inverter 802 will be described below. In order to control and drive a load 801 such as a motor, it is necessary to input a sine wave of a desired voltage to the load 801 . The control circuit 803 controls the SiCMISFET 804 to perform a pulse width modulation operation that dynamically changes the pulse width of the rectangular wave. The output rectangular wave passes through an inductor and is smoothed into a desired pseudo sine wave. The SiCMISFET 804 has the function of generating a square wave for performing this pulse width modulation operation.

SiCMISFET804として、実施例1から実施例6において説明した半導体装置を用いることにより、インバータなどの電力変換装置を高性能化することができる。また、長期信頼性のある半導体装置をSiCMISFET804として用いることにより、インバータなどの電力変換装置の使用年数を長期化できる。その結果として、実施例1から実施例6において説明した半導体装置を用いる電力変換装置を用いるモータシステム(図38)の高性能化、使用年数の長期化を実現することができる。 By using the semiconductor device described in the first to sixth embodiments as the SiCMISFET 804, the performance of a power conversion device such as an inverter can be improved. In addition, by using a semiconductor device with long-term reliability as the SiCMISFET 804, it is possible to extend the service life of a power conversion device such as an inverter. As a result, the motor system (FIG. 38) using the power conversion device using the semiconductor device described in the first to sixth embodiments can be improved in performance and can be used for a long period of time.

図39は電力変換装置(インバータ)の別の例を示す回路図である。インバータ902はスイッチング素子であるSiCMISFET904を有する。本例も負荷901は3相モータである。各単相において、電源電位(Vcc)と負荷(例えばモータ)901への入力電位との間にSiCMISFET904が接続されており(上アーム)、負荷901の入力電位と基準電位(GND)との間にもSiCMISFET904が接続されている(下アーム)。つまり、負荷901では各単相に2つのSiCMISFET904が設けられており、3相で6つのスイッチング素子904が設けられている。そして、個々のSiCMISFET904のゲート電極には制御回路903が接続されており、この制御回路903によってSiCMISFET904が制御されている。従って、制御回路903でインバータ902を構成するSiCMISFET904を流れる電流を制御することにより、負荷901を駆動することができる。 FIG. 39 is a circuit diagram showing another example of the power converter (inverter). The inverter 902 has a SiCMISFET 904 which is a switching element. Also in this example, the load 901 is a three-phase motor. In each single phase, a SiCMISFET 904 is connected (upper arm) between the power supply potential (Vcc) and the input potential to the load (for example, motor) 901, and between the input potential of the load 901 and the reference potential (GND) SiCMISFET 904 is also connected to (lower arm). That is, in the load 901, two SiCMISFETs 904 are provided for each single phase, and six switching elements 904 are provided for three phases. A control circuit 903 is connected to the gate electrode of each SiCMISFET 904 , and the SiCMISFET 904 is controlled by this control circuit 903 . Therefore, the load 901 can be driven by controlling the current flowing through the SiCMISFET 904 forming the inverter 902 with the control circuit 903 .

インバータ902を構成するSiCMISFET904の機能について以下に説明する。ここでは、SiCMISFETの機能として、パルス幅変調動作を行うための矩形波を作り出すとともに、図38のインバータにおけるダイオード805の役割をも担う。インバータ902において、例えばモータのように負荷901にインダクタンスを含む場合、SiCMISFET904をオフしたとき、インダクタンスに蓄えられたエネルギーを必ず放出しなければならない(還流電流)。図38の電力変換装置ではダイオード805がこの役割を担うのに対し、図39の電力変換装置では、この役割をSiCMISFET904が担っている。すなわち、同期整流駆動が用いられる。ここで、同期整流駆動とは、還流時にSiCMISFET904のゲートをオンし、SiCMISFET904を逆導通させる方法をいう。 The function of the SiCMISFET 904 forming the inverter 902 will be described below. Here, as a function of the SiCMISFET, it produces a square wave for performing pulse width modulation operation and also plays a role of the diode 805 in the inverter of FIG. In the inverter 902, if the load 901 includes an inductance such as a motor, the energy stored in the inductance must be released (return current) when the SiCMISFET 904 is turned off. While the diode 805 plays this role in the power converter of FIG. 38, the SiCMISFET 904 plays this role in the power converter of FIG. That is, synchronous rectification drive is used. Here, synchronous rectification driving refers to a method of turning on the gate of the SiCMISFET 904 during freewheeling to reverse conduct the SiCMISFET 904 .

したがって、還流時導通損失はダイオードの特性ではなく、SiCMISFET904の特性で決まる。また、同期整流駆動を行う場合、上下アームが短絡することを防ぐため、上下のSiCMISFETが共にオフとなる不動作時間が必要となる。この不動作時間の間はSiCMISFET904のドリフト層とp型ボディ層によって形成される内蔵pnダイオードが駆動する。ただし、SiCはキャリアの走行距離がSiより短く、不動作時間の間の損失は小さい。例えば、ダイオード805をSiCショットキーバリアダイオードとした場合と同等である。 Therefore, the freewheeling conduction loss is determined by the characteristics of the SiCMISFET 904, not the characteristics of the diode. Further, when synchronous rectification driving is performed, in order to prevent the upper and lower arms from being short-circuited, a non-operating time during which both the upper and lower SiCMISFETs are turned off is required. During this dead time, the built-in pn diode formed by the drift layer and p-type body layer of SiCMISFET 904 drives. However, SiC has a shorter carrier mileage than Si and less loss during dead time. For example, the diode 805 is equivalent to a SiC Schottky barrier diode.

このように、SiCMISFET904として、実施例1から実施例6において説明した半導体装置を用いることにより、還流時の損失を小さくでき、ダイオードを使わないため、インバータなどの電力変換装置を小型化することができる。また、長期信頼性のある半導体装置をSiCMISFET904として用いることにより、インバータなどの電力変換装置の使用年数を長期化できる。また、実施例1から実施例6において説明した半導体装置を用いる電力変換装置はモータシステムであってもよい。その結果として、実施例1から実施例6において説明した半導体装置を用いる電力変換装置を用いるモータシステムの高性能化、使用年数の長期化を実現することができる。 Thus, by using the semiconductor device described in Embodiments 1 to 6 as the SiCMISFET 904, the loss during freewheeling can be reduced, and since a diode is not used, a power conversion device such as an inverter can be miniaturized. can. In addition, by using a semiconductor device with long-term reliability as the SiCMISFET 904, it is possible to extend the service life of a power conversion device such as an inverter. Further, the power converter using the semiconductor devices described in the first to sixth embodiments may be a motor system. As a result, it is possible to realize higher performance and longer service life of the motor system using the power conversion device using the semiconductor device described in the first to sixth embodiments.

以上のようなモータシステムをハイブリット自動車、電気自動車、燃料電池自動車などの自動車に用いることができる。モータシステムを用いた自動車を図40および図41を用いて説明する。図40は、電気自動車の構成の一例を示す概略図であり、図41は、電気自動車に用いる昇圧コンバータの一例を示す回路図である。 The motor system as described above can be used in vehicles such as hybrid vehicles, electric vehicles, and fuel cell vehicles. An automobile using the motor system will be described with reference to FIGS. 40 and 41. FIG. FIG. 40 is a schematic diagram showing an example of the configuration of an electric vehicle, and FIG. 41 is a circuit diagram showing an example of a boost converter used in the electric vehicle.

図40に示すように、電気自動車は、駆動輪1001aおよび駆動輪1001bが接続された駆動軸1002に動力を入出力可能とする3相モータ1003と、3相モータ1003を駆動するためのインバータ1004と、バッテリ1005と、昇圧コンバータ1008と、リレー1009と、電子制御ユニット1010と、を備え、昇圧コンバータ1008は、インバータ1004が接続された電力ライン1006と、バッテリ1005が接続された電力ライン1007とに接続されている。 As shown in FIG. 40, the electric vehicle includes a three-phase motor 1003 capable of inputting and outputting power to a drive shaft 1002 to which drive wheels 1001a and 1001b are connected, and an inverter 1004 for driving the three-phase motor 1003. , a battery 1005, a boost converter 1008, a relay 1009, and an electronic control unit 1010. The boost converter 1008 connects a power line 1006 to which the inverter 1004 is connected and a power line 1007 to which the battery 1005 is connected. It is connected to the.

3相モータ1003は、永久磁石が埋め込まれたロータと、3相コイルが巻回されたステータとを備えた同期発電電動機である。インバータ1004には、図38または図39に示したようなインバータを用いることができる。 The three-phase motor 1003 is a synchronous generator-motor having a rotor embedded with permanent magnets and a stator wound with three-phase coils. For inverter 1004, an inverter as shown in FIG. 38 or 39 can be used.

昇圧コンバータ1008は、図41に示すように、インバータ1013に、リアクトル1011および平滑用コンデンサ1012が接続された構成を有する。インバータ1013はSiCMISFET1014で構成され、実施例1から実施例6において説明した半導体装置が用いられる。 As shown in FIG. 41, boost converter 1008 has a configuration in which reactor 1011 and smoothing capacitor 1012 are connected to inverter 1013 . The inverter 1013 is composed of a SiCMISFET 1014, and the semiconductor device described in the first to sixth embodiments is used.

図40の電子制御ユニット1010は、マイクロプロセッサと、記憶装置と、入出力ポートとを備えており、3相モータ1003のロータ位置を検出するセンサからの信号、またはバッテリ1005の充放電値などを受信する。そして、インバータ1004、昇圧コンバータ1008、およびリレー1009を制御するための信号を出力する。 The electronic control unit 1010 of FIG. 40 includes a microprocessor, a storage device, and an input/output port, and receives signals from a sensor that detects the rotor position of the three-phase motor 1003, charge/discharge values of the battery 1005, and the like. receive. It outputs signals for controlling inverter 1004 , boost converter 1008 and relay 1009 .

電力変換装置であるインバータ1004には図38または図39に示した電力変換装置を用いることができる。また、3相モータ1003、およびインバータ1004などからなる3相モータシステムに、図38または図39に示した電力変換装置を用いる3相モータシステムを用いることができる。これにより、電気自動車の省エネルギー化、小型化、軽量化、省スペース化を図ることができる。 The power converter shown in FIG. 38 or 39 can be used for the inverter 1004 which is a power converter. A three-phase motor system using the power converter shown in FIG. 38 or 39 can be used as a three-phase motor system including a three-phase motor 1003, an inverter 1004, and the like. As a result, energy saving, downsizing, weight saving, and space saving of the electric vehicle can be achieved.

なお、電気自動車について説明したが、エンジンも併用するハイブリット自動車、バッテリ1005が燃料電池スタックとなった燃料電池自動車にも同様に、上述の3相モータシステムを適用することができる。また、鉄道車両に用いることもできる。3相モータシステムを用いた鉄道車両を図42に示す。図42は、鉄道車両に備えられるコンバータおよびインバータの一例を示す回路図である。 Although an electric vehicle has been described, the above three-phase motor system can be similarly applied to a hybrid vehicle that also uses an engine and a fuel cell vehicle in which the battery 1005 is a fuel cell stack. It can also be used for railway vehicles. A railway vehicle using a three-phase motor system is shown in FIG. FIG. 42 is a circuit diagram showing an example of a converter and an inverter provided in a railway vehicle.

図42に示すように、鉄道車両には架線OW(例えば25kV)からパンタグラフPGを介して電力が供給される。トランス1109を介して電圧が1.5kVまで降圧され、コンバータ1107で交流から直流に変換される。さらに、キャパシタ1108を介してインバータ1102で直流から交流に変換されて、負荷1101である3相モータを駆動する。コンバータ1107内の素子構成は、図38のようにSiCMISFETおよびダイオードを併用してもよく、図39のようにSiCMISFET単独でもよい。図42の例では、SiCMISFET1104単独で構成された例を示している。なお、この図では制御回路は省略している。また、図中、符号RTは線路、符号WHは車輪を示し、3相モータ1101は車輪WHが接続される駆動軸に動力を入出力可能とされている。 As shown in FIG. 42, electric power is supplied to the railway vehicle from the overhead wire OW (for example, 25 kV) via the pantograph PG. The voltage is stepped down to 1.5 kV through transformer 1109 and converted from AC to DC by converter 1107 . Furthermore, the direct current is converted into alternating current by an inverter 1102 via a capacitor 1108 to drive a three-phase motor, which is a load 1101 . The element configuration in converter 1107 may use both SiCMISFET and diode as shown in FIG. 38, or may use SiCMISFET alone as shown in FIG. The example of FIG. 42 shows an example configured with a single SiCMISFET 1104 . Note that the control circuit is omitted in this figure. Further, in the drawing, reference character RT indicates a track, reference character WH indicates a wheel, and a three-phase motor 1101 can input/output power to a drive shaft to which the wheel WH is connected.

このようにインバータやコンバータに実施例1から実施例6において説明した半導体装置を用いた3相モータシステムを鉄道車両に用いることにより、鉄道車両の省エネルギー化、床下部品の小型化および軽量化を図ることができる。 In this way, by using the three-phase motor system using the semiconductor devices described in the first to sixth embodiments for the inverter and converter in the railway vehicle, it is possible to reduce the energy consumption of the railway vehicle and reduce the size and weight of the underfloor parts. be able to.

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。 The invention made by the present inventor has been specifically described above based on the embodiment, but the present invention is not limited to the above embodiment, and can be variously modified without departing from the scope of the invention. Needless to say.

例えば、各部の材質、導電型、および製造条件等は前述した実施の形態の記載に限定されるものではなく、各々多くの変形が可能であることは言うまでもない。ここで、説明の都合上、半導体基板および半導体膜の導電型を固定して説明したが、前述した実施の形態に記載した導電型には限定されない。 For example, the material, conductivity type, manufacturing conditions, etc. of each part are not limited to those described in the above-described embodiments, and needless to say, many modifications are possible. Here, for convenience of explanation, the conductivity types of the semiconductor substrate and the semiconductor film are fixed, but the conductivity types are not limited to those described in the above embodiments.

1:半導体チップ、2:ソース配線用電極、3:フローティング・フィールド・リミッティング・リング、4:ガードリング、5:ゲート開口部、6:SiCパワーMISFET、7:ソース開口部、8:ゲート配線用電極、101,201,501:エピタキシャル層、102,202,302,402,502:ボディ層、103,203,503,603:ソース領域、104,204,304,404,504:JFET領域、105,205,305,405,505,605:電流拡散層、106,206,306,406,506,606:トレンチ、107,207,507:SiC基板、108,208,508:ドレイン領域、109,509,609:ボディ層コンタクト領域、110,210,310,410,510:ゲート絶縁膜、111,511:ゲート電極、112,512:層間絶縁膜、113,513:ソースコンタクト領域(金属シリサイド層)、115,515:金属シリサイド層、116,516:ドレイン配線用電極、117,217,317,417,517:絶縁膜、130,230,330,430,530,630:電位固定層、140,240,340:空乏層の端部、141:SiCエピタキシャル基板表面、231,431:電界緩和層、432:カウンター、801,901:負荷、802,902:インバータ、803,903:制御回路、804,904:SiCMISFET、805:ダイオード、1001:駆動輪、1002:駆動軸、1003:3相モータ、1004:インバータ、1005:バッテリ、1006:電力ライン、1007:電力ライン、1008:昇圧コンバータ、1009:リレー、1010:電子制御ユニット、1011:リアクトル、1012:平滑用コンデンサ、1013:インバータ、1014:SiCMISFET、1101:負荷、1102:インバータ、1104:SiCMISFET、1107:コンバータ、1108:キャパシタ、1109:トランス。 1: semiconductor chip, 2: electrode for source wiring, 3: floating field limiting ring, 4: guard ring, 5: gate opening, 6: SiC power MISFET, 7: source opening, 8: gate wiring electrode, 101, 201, 501: epitaxial layer, 102, 202, 302, 402, 502: body layer, 103, 203, 503, 603: source region, 104, 204, 304, 404, 504: JFET region, 105 , 205, 305, 405, 505, 605: current diffusion layer, 106, 206, 306, 406, 506, 606: trench, 107, 207, 507: SiC substrate, 108, 208, 508: drain region, 109, 509 , 609: body layer contact region, 110, 210, 310, 410, 510: gate insulating film, 111, 511: gate electrode, 112, 512: interlayer insulating film, 113, 513: source contact region (metal silicide layer), 115, 515: metal silicide layer, 116, 516: drain wiring electrode, 117, 217, 317, 417, 517: insulating film, 130, 230, 330, 430, 530, 630: potential fixing layer, 140, 240, 340: edge of depletion layer, 141: SiC epitaxial substrate surface, 231, 431: electric field relaxation layer, 432: counter, 801, 901: load, 802, 902: inverter, 803, 903: control circuit, 804, 904: SiCMISFET, 805: diode, 1001: drive wheel, 1002: drive shaft, 1003: three-phase motor, 1004: inverter, 1005: battery, 1006: power line, 1007: power line, 1008: boost converter, 1009: relay, 1010 : electronic control unit, 1011: reactor, 1012: smoothing capacitor, 1013: inverter, 1014: SiCMISFET, 1101: load, 1102: inverter, 1104: SiCMISFET, 1107: converter, 1108: capacitor, 1109: transformer.

Claims (13)

第1導電型のSiC基板と、
前記SiC基板の第1主面に形成され、前記SiC基板の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有する第1導電型のエピタキシャル層と、
前記SiC基板の前記第1主面に対向する第2主面に形成されるドレイン領域と、
前記エピタキシャル層に形成される第2導電型の第1及び第2のボディ層と、
前記第1のボディ層に形成される第1導電型の第1のソース領域と、
前記第2のボディ層に形成される第1導電型の第2のソース領域と、
前記第1及び前記第2のボディ層に挟まれた前記エピタキシャル層であるJFET領域と前記第1のボディ層とに接し、前記エピタキシャル層の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有する第1導電型の第1の第1領域と、
前記JFET領域と前記第2のボディ層とに接し、前記エピタキシャル層の不純物濃度よりも高い第1導電型の第2の第1領域と、
前記JFET領域に形成される第2導電型の第2領域と、
前記第1のソース領域、前記第1のボディ層及び前記第1の第1領域に延在して形成される第1のトレンチと、
前記第2のソース領域、前記第2のボディ層及び前記第2の第1領域に延在して形成される第2のトレンチと、
前記第1のトレンチ及び前記第2のトレンチの内壁に形成される絶縁膜と、
前記第1のトレンチ及び前記第2のトレンチの前記絶縁膜上に形成されるゲート電極とを有し、
前記第1及び前記第2の第1領域、前記JFET領域及び前記第2領域を覆うように、第2導電型の第3領域を有する半導体装置。
a first conductivity type SiC substrate;
a first conductivity type epitaxial layer formed on the first main surface of the SiC substrate and having an impurity concentration lower than that of the SiC substrate;
a drain region formed on a second main surface facing the first main surface of the SiC substrate;
first and second body layers of a second conductivity type formed on the epitaxial layer;
a first conductivity type first source region formed in the first body layer;
a first conductivity type second source region formed in the second body layer;
a JFET region which is the epitaxial layer sandwiched between the first and second body layers and the first body layer, and which has an impurity concentration higher than that of the epitaxial layer; a first first region;
a second first region of a first conductivity type that is in contact with the JFET region and the second body layer and has a higher impurity concentration than the epitaxial layer;
a second region of a second conductivity type formed in the JFET region;
a first trench extending through the first source region, the first body layer and the first first region;
a second trench extending through the second source region, the second body layer and the second first region;
an insulating film formed on inner walls of the first trench and the second trench ;
a gate electrode formed on the insulating film of the first trench and the second trench ;
A semiconductor device comprising a second conductivity type third region covering the first and second first regions, the JFET region and the second region .
請求項において、
前記第1及び前記第2のボディ層、前記第1及び前記第2のソース領域、前記第1及び前記第2の第1領域は、平面視においてストライプパターンを有し、
前記第1のトレンチ及び前記第2のトレンチを通る直線は前記ストライプパターンの長手方向と交差する半導体装置。
In claim 1 ,
the first and second body layers, the first and second source regions, and the first and second first regions each have a stripe pattern in plan view,
A semiconductor device in which a straight line passing through the first trench and the second trench intersects the longitudinal direction of the stripe pattern.
請求項において、
前記第2領域は、前記第1及び前記第2の第1領域よりも深く形成されている半導体装置。
In claim 1 ,
The semiconductor device, wherein the second region is formed deeper than the first and second first regions.
請求項において、
前記第2領域の直下に、前記エピタキシャル層の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有する第1導電型の第4領域を有する半導体装置。
In claim 1 ,
A semiconductor device having a first conductivity type fourth region having an impurity concentration higher than that of the epitaxial layer immediately below the second region.
請求項において、
前記第2領域は、前記ストライプパターンの長手方向に延在するストライプパターンを有する半導体装置。
In claim 2 ,
The second region is a semiconductor device having a stripe pattern extending in the longitudinal direction of the stripe pattern.
第1導電型のSiC基板と、
前記SiC基板の第1主面に形成され、前記SiC基板の不純物濃度よりも低い不純物濃度を有する第1導電型のエピタキシャル層と、
前記SiC基板の前記第1主面に対向する第2主面に形成されるドレイン領域と、
前記エピタキシャル層に形成される第2導電型の第1及び第2のボディ層と、
前記第1のボディ層に形成される第1導電型の第1のソース領域と、
前記第2のボディ層に形成される第1導電型の第2のソース領域と、
前記第1及び前記第2のボディ層に挟まれた前記エピタキシャル層であるJFET領域と前記第1のボディ層とに接し、前記エピタキシャル層の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有する第1導電型の第1の第1領域と、
前記JFET領域と前記第2のボディ層とに接し、前記エピタキシャル層の不純物濃度よりも高い第1導電型の第2の第1領域と、
前記JFET領域に形成される第2導電型の第2領域と、
前記第1のソース領域、前記第1のボディ層及び前記第1の第1領域に延在して形成される第1のトレンチと、
前記第2のソース領域、前記第2のボディ層及び前記第2の第1領域に延在して形成される第2のトレンチと、
前記第1のトレンチ及び前記第2のトレンチの内壁に形成される絶縁膜と、
前記第1のトレンチ及び前記第2のトレンチの前記絶縁膜上に形成されるゲート電極とを有し、
前記第1及び前記第2のボディ層、前記第1及び前記第2のソース領域、前記第1及び前記第2の第1領域は、平面視においてストライプパターンを有し、
前記第1のトレンチ及び前記第2のトレンチを通る直線は前記ストライプパターンの長手方向と交差し、
前記第2領域は、前記第1のトレンチ及び前記第2のトレンチに挟まれる領域に、平面視において島状に形成される半導体装置。
a first conductivity type SiC substrate;
a first conductivity type epitaxial layer formed on the first main surface of the SiC substrate and having an impurity concentration lower than that of the SiC substrate;
a drain region formed on a second main surface facing the first main surface of the SiC substrate;
first and second body layers of a second conductivity type formed on the epitaxial layer;
a first conductivity type first source region formed in the first body layer;
a first conductivity type second source region formed in the second body layer;
a JFET region which is the epitaxial layer sandwiched between the first and second body layers and the first body layer, and which has an impurity concentration higher than that of the epitaxial layer; a first first region;
a second first region of a first conductivity type that is in contact with the JFET region and the second body layer and has a higher impurity concentration than the epitaxial layer;
a second region of a second conductivity type formed in the JFET region;
a first trench extending through the first source region, the first body layer and the first first region;
a second trench extending through the second source region, the second body layer and the second first region;
an insulating film formed on inner walls of the first trench and the second trench;
a gate electrode formed on the insulating film of the first trench and the second trench;
the first and second body layers, the first and second source regions, and the first and second first regions each have a stripe pattern in plan view,
a straight line passing through the first trench and the second trench intersects the longitudinal direction of the stripe pattern;
The semiconductor device , wherein the second region is formed in an island shape in plan view in a region sandwiched between the first trench and the second trench .
請求項において、
前記第1のボディ層に形成され、前記第1のボディ層の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有する第2導電型の第1の第5領域と、
前記第2のボディ層に形成され、前記第2のボディ層の不純物濃度よりも高い不純物濃度を有する第2導電型の第2の第5領域と、
前記第1のソース領域、前記第1の第5領域、前記第2のソース領域、及び前記第2の第5領域を接続するソース電極とを有する半導体装置。
In claim 1 ,
a second conductivity type first fifth region formed in the first body layer and having an impurity concentration higher than that of the first body layer;
a second conductivity type second fifth region formed in the second body layer and having an impurity concentration higher than that of the second body layer;
A semiconductor device comprising a source electrode connecting the first source region, the first fifth region, the second source region, and the second fifth region.
請求項において、
前記第2領域は、前記ソース電極と接続される半導体装置。
In claim 7 ,
The semiconductor device, wherein the second region is connected to the source electrode.
請求項において、
前記ソース電極は、前記第2領域周辺の前記JFET領域と接する半導体装置。
In claim 8 ,
The semiconductor device, wherein the source electrode is in contact with the JFET region around the second region.
電源電位と、
基準電位と、
負荷入力電位と、
前記電源電位と前記負荷入力電位との間に接続される第1のスイッチング素子と、
前記基準電位と前記負荷入力電位との間に接続される第2のスイッチング素子と、
前記第1のスイッチング素子及び前記第2のスイッチング素子を制御する制御回路とを有し、
前記第1のスイッチング素子及び前記第2のスイッチング素子として、請求項1~のいずれか1項に記載の半導体装置を用いる電力変換装置。
a power supply potential;
a reference potential;
a load input potential;
a first switching element connected between the power supply potential and the load input potential;
a second switching element connected between the reference potential and the load input potential;
A control circuit that controls the first switching element and the second switching element,
A power converter using the semiconductor device according to any one of claims 1 to 9 as the first switching element and the second switching element.
請求項10において、
前記第1のスイッチング素子に、逆並列に接続される第1のダイオードと、
前記第2のスイッチング素子に、逆並列に接続される第2のダイオードとを有する電力変換装置。
In claim 10 ,
a first diode connected in anti-parallel to the first switching element;
A power converter comprising a second diode connected in anti-parallel to the second switching element.
直流電力を交流電力に変換する電力変換装置と、
前記電力変換装置により駆動されるモータとを有し、
前記電力変換装置として、請求項10に記載の電力変換装置を用いるモータシステム。
a power conversion device that converts DC power to AC power;
a motor driven by the power converter,
A motor system using the power converter according to claim 10 as the power converter.
車輪と、
前記車輪に接続される駆動軸とを有し、
請求項12に記載のモータシステムにより前記駆動軸に動力を入出力可能とされる車両。
wheels and
a drive shaft connected to the wheel;
13. A vehicle in which power can be input to and output from the drive shaft by the motor system according to claim 12 .
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