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JP2009164440A - Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP2009164440A JP2008001835A JP2008001835A JP2009164440A JP 2009164440 A JP2009164440 A JP 2009164440A JP 2008001835 A JP2008001835 A JP 2008001835A JP 2008001835 A JP2008001835 A JP 2008001835A JP 2009164440 A JP2009164440 A JP 2009164440A
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Abstract

【課題】順方向抵抗の経時的な上昇を抑制するとともに、順方向抵抗や素子のON抵抗の初期値の上昇を抑制可能な炭化珪素半導体装置を得ることを目的とする。
【解決手段】本発明に係る炭化珪素半導体装置は、炭化珪素基板1上に形成されたn型を有するドリフト層2と、ドリフト層2に接して形成されたp型を有するベース領域3と、ドリフト層2に形成され、再結合中心が導入された再結合領域7とを備える。再結合領域7は、ドリフト層2とベース領域3との接合界面であるPN界面のうち、順方向通電開始直後に電流が流れる経路上にのみ形成される。
【選択図】図1
An object of the present invention is to obtain a silicon carbide semiconductor device capable of suppressing an increase in forward resistance and an initial value of an ON resistance of an element while suppressing an increase in forward resistance over time.
A silicon carbide semiconductor device according to the present invention includes an n-type drift layer 2 formed on a silicon carbide substrate 1, a p-type base region 3 formed in contact with the drift layer 2, A recombination region 7 formed in the drift layer 2 and having recombination centers introduced therein. The recombination region 7 is formed only on a path through which current flows immediately after the start of forward energization in the PN interface, which is a junction interface between the drift layer 2 and the base region 3.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、炭化珪素半導体装置およびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a silicon carbide semiconductor device and a method for manufacturing the same.

モータ等を制御するために用いられるインバータ回路の駆動時において、各相の上下アームでの短絡を抑制するため、上下アームのMOSFETがともにオフされるデッドタイムと呼ばれる数マイクロ秒の期間が設けられている。このデッドタイムの間、直前にオフされたMOSFETから反対側アームのMOSFETに回流した電流を流すため、多くの場合、インバータ回路では、各MOSFETと逆並列に帰還ダイオードが接続されている。その中でも、Siを用いたデバイスでは、部品点数削減によるコスト削減や小型化のために、帰還ダイオードを接続せずに、ボディーダイオードと呼ばれるMOSFET寄生のPNダイオードの順方向に、回流した電流を流している。しかし、炭化珪素(SiC)を用いたバイポーラ・デバイスでは、PN界面に通電した場合に界面付近の積層欠陥等において電子−正孔の再結合が起こると、放出されたエネルギによって積層欠陥等が成長する。その結果、正孔の寿命が短くなり、上述のPN積層順方向の抵抗(以下、順方向抵抗)が上昇するといった問題があった。   When driving an inverter circuit used to control a motor or the like, a period of several microseconds called a dead time during which both MOSFETs of the upper and lower arms are turned off is provided in order to suppress a short circuit in the upper and lower arms of each phase. ing. During this dead time, in order to flow a current that has been circulated from the MOSFET turned off immediately before to the MOSFET on the opposite arm, in many cases, in the inverter circuit, a feedback diode is connected in antiparallel with each MOSFET. Among them, in devices using Si, in order to reduce cost and size by reducing the number of parts, a current that circulates in the forward direction of a parasitic PN diode called a body diode is connected without connecting a feedback diode. ing. However, in bipolar devices using silicon carbide (SiC), when electrons and holes are recombined at stacking faults near the interface when the PN interface is energized, stacking faults grow due to the released energy. To do. As a result, there is a problem that the lifetime of holes is shortened and the resistance in the forward direction of the PN stack (hereinafter referred to as forward resistance) is increased.

これに対して、特許文献1では、バイポーラ・デバイスのP型層およびN型層それぞれの層厚を、層内での少数キャリア拡散長よりも大きく設定することによって、これらの層における少数キャリア濃度を固有レベルに低下させる。これにより、積層欠陥が一部の領域を除いたデバイス全域に増殖し続けることを抑制し、順方向抵抗の上昇を抑制している。   On the other hand, in Patent Document 1, minority carrier concentrations in these layers are set by setting the layer thicknesses of the P-type layer and the N-type layer of the bipolar device to be larger than the minority carrier diffusion length in the layer. Is reduced to an inherent level. As a result, the stacking fault is prevented from continuing to propagate over the entire device except for a part of the region, and the increase in forward resistance is suppressed.

また、特許文献2および特許文献3には、PN積層部に形成されたダイオードが記載されている。このダイオードでは、それぞれの層あるいはいずれかの層にチタンやバナジウム等のイオンを含んでなる再結合中心として導入した再結合領域を備える。この再結合領域では、電子−正孔の再結合を早めることができるため、順方向通電から逆阻止状態に切り替えた際に界面付近に存在する少数キャリアの再結合を早めている。   Patent Document 2 and Patent Document 3 describe a diode formed in a PN laminated portion. This diode includes a recombination region introduced as a recombination center containing ions such as titanium and vanadium in each layer or any one of the layers. In this recombination region, since electron-hole recombination can be accelerated, recombination of minority carriers existing in the vicinity of the interface is accelerated when switching from forward energization to reverse blocking state.

特表2005−508086号公報JP 2005-508086 gazette 特表2001−502474号公報Special table 2001-502474 gazette 特開2005−276953号公報JP 2005-276953 A

しかしながら、特許文献1に開示された炭化珪素半導体装置では、PN界面付近から離れたデバイス領域において、積層欠陥が増殖し続けることは抑制できるが、PN界面付近の積層欠陥の増殖を抑制することはできない。そのため、順方向抵抗の経時的な上昇を避けることができないという問題があった。   However, in the silicon carbide semiconductor device disclosed in Patent Document 1, it is possible to suppress the growth of stacking faults in the device region away from the vicinity of the PN interface, but it is possible to suppress the growth of stacking faults near the PN interface. Can not. For this reason, there has been a problem that an increase in the forward resistance over time cannot be avoided.

また、特許文献2および特許文献3に開示された炭化珪素半導体装置によれば、導入された再結合領域により、積層欠陥を増やさずに再結合が行われる。そのため、積層欠陥等における再結合が抑制され、順方向抵抗の経時的な上昇を抑制することができる。しかしながら、これら発明では、順方向通電から逆阻止状態に切り換えた際に界面近傍に存在する少数キャリアの再結合を早めることを目的とする。そのため、再結合領域そのものの抵抗が大きいにも関わらず、再結合領域がPN界面全面に導入されているため、順方向抵抗の初期値が大きくなるという問題があった。また、MOSFETなどのPN積層部が内在するデバイスに上記発明を適用した場合、順方向の抵抗の初期値に加えて、ON抵抗の初期値も大きくなるという問題があった。   Further, according to the silicon carbide semiconductor devices disclosed in Patent Document 2 and Patent Document 3, recombination is performed without increasing stacking faults by the introduced recombination region. Therefore, recombination in stacking faults or the like is suppressed, and an increase in forward resistance with time can be suppressed. However, an object of the present invention is to expedite recombination of minority carriers existing in the vicinity of the interface when switching from forward energization to reverse blocking. For this reason, although the recombination region itself has a large resistance, the recombination region is introduced over the entire surface of the PN interface, so that the initial value of the forward resistance increases. In addition, when the above-described invention is applied to a device having a PN laminated portion such as a MOSFET, there is a problem that the initial value of the ON resistance is increased in addition to the initial value of the forward resistance.

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、順方向抵抗の経時的な上昇を抑制するとともに、順方向抵抗や素子のON抵抗の初期値の上昇も抑制可能な炭化珪素半導体装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and it is possible to suppress an increase in forward resistance and the initial value of the ON resistance of the element while suppressing an increase in forward resistance over time. An object is to obtain a silicon carbide semiconductor device.

本発明に係る炭化珪素半導体装置は、炭化珪素基板上に形成された第1の導電型を有する第1の半導体層と、前記第1の半導体層に接して形成された第2の導電型を有する第2の半導体層と、前記第1の半導体層、および/または、前記第2の半導体層に形成され、再結合中心が導入された再結合領域とを備える。前記再結合領域は、前記第1の半導体層と前記第2の半導体層との接合界面であるPN界面のうち、順方向通電開始直後に電流が流れる経路上にのみ形成される。   A silicon carbide semiconductor device according to the present invention includes a first semiconductor layer having a first conductivity type formed on a silicon carbide substrate, and a second conductivity type formed in contact with the first semiconductor layer. A second semiconductor layer, and a recombination region formed in the first semiconductor layer and / or the second semiconductor layer, into which a recombination center is introduced. The recombination region is formed only on a path through which a current flows immediately after the start of forward energization in a PN interface that is a junction interface between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer.

本発明の炭化珪素半導体装置によれば、再結合領域が、電子−正孔が積層欠陥において再結合する機会を減らし、積層欠陥の経時的な成長を抑制するため、順方向の電気抵抗の経時的な上昇を抑制することができる。また、順方向通電開始直後に電流が流れる経路上のみに再結合領域を形成することにより、順方向の電気抵抗や素子のON抵抗の初期値の上昇も抑制することができる。   According to the silicon carbide semiconductor device of the present invention, the recombination region reduces the chance of electron-hole recombination at stacking faults and suppresses the growth of stacking faults over time. Increase can be suppressed. Further, by forming the recombination region only on the path through which current flows immediately after the start of forward energization, it is possible to suppress an increase in the initial value of the forward electrical resistance and the ON resistance of the element.

<実施の形態1>
本実施の形態では、第1の導電型をn型、第2の導電型をp型であるものとして説明する。図1は、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置を示す断面図である。図1に示すように、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置は、第1の半導体層であるドリフト層2と、第2の半導体層であるベース領域3と、第3の半導体層である中濃度p型(第2の導電型)領域6と、再結合領域7とを備える。
<Embodiment 1>
In this embodiment, the first conductivity type is assumed to be n-type, and the second conductivity type is assumed to be p-type. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment includes a drift layer 2 that is a first semiconductor layer, a base region 3 that is a second semiconductor layer, and a third semiconductor layer. A medium-concentration p-type (second conductivity type) region 6 and a recombination region 7 are provided.

本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置は、nチャネル炭化珪素MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effective Transistor)を備え、このnチャネル炭化珪素MOSFETは、n型(第1の導電型)を有する炭化珪素基板1と、n型(第1の導電型)を有するドリフト層2と、p型(第2の導電型)を有するベース領域3と、n型(第1の導電型)のソース領域4と、高濃度p型(第2の導電型)領域5と、ゲート絶縁膜8と、ゲート電極9と、層間絶縁膜10と、ソース電極11と、ドレイン電極12とを備える。   A silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment includes an n-channel silicon carbide MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effective Transistor), and this n-channel silicon carbide MOSFET has an n-type (first conductivity type) silicon carbide substrate. 1, a drift layer 2 having an n-type (first conductivity type), a base region 3 having a p-type (second conductivity type), a source region 4 having an n-type (first conductivity type), A high-concentration p-type (second conductivity type) region 5, a gate insulating film 8, a gate electrode 9, an interlayer insulating film 10, a source electrode 11, and a drain electrode 12 are provided.

このnチャネル炭化珪素MOSFETでは、ゲート電極9に電圧を印加すると、ゲート電極9近傍のベース領域3にチャネルが形成される。本発明の趣旨は、図2に記載のON時の通電経路21と別な位置にできるボディーダイオード順方向通電開始箇所22のpn接合部のどちらか、または、両方に再結合領域7を形成していることにある。なお、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置では、図1に係るnチャネル炭化珪素MOSFETを複数個備え、炭化珪素基板1に周期的に形成されているものとする。   In this n-channel silicon carbide MOSFET, when a voltage is applied to the gate electrode 9, a channel is formed in the base region 3 near the gate electrode 9. The gist of the present invention is that the recombination region 7 is formed in either or both of the pn junctions of the body diode forward energization start point 22 that can be located at a different position from the energization path 21 shown in FIG. There is in being. It is assumed that the silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment includes a plurality of n-channel silicon carbide MOSFETs according to FIG. 1 and is periodically formed on silicon carbide substrate 1.

次に、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の構成およびその製造工程について説明する。まず、n型を有する炭化珪素基板1を準備する。この炭化珪素基板1の抵抗率は、例えば、0.1Ωcm以下が好適である。   Next, the structure and manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment will be described. First, n-type silicon carbide substrate 1 is prepared. The resistivity of this silicon carbide substrate 1 is preferably 0.1 Ωcm or less, for example.

第1の半導体層であるドリフト層2は、n型を有し、炭化珪素基板1上に形成される。ドリフト層2は、n型の炭化珪素からなり、例えば、エピタキシャル結晶成長法により形成される。このドリフト層2の濃度は、例えば、1×1015cm-3以上1×1017cm-3以下、厚みは、例えば、8〜12μmであることが好ましい。 Drift layer 2 that is the first semiconductor layer has an n-type and is formed on silicon carbide substrate 1. The drift layer 2 is made of n-type silicon carbide and is formed by, for example, an epitaxial crystal growth method. The concentration of the drift layer 2 is preferably, for example, 1 × 10 15 cm −3 to 1 × 10 17 cm −3 and the thickness is, for example, 8 to 12 μm.

エピタキシャル結晶成長法によりドリフト層2を形成した後、レジストをマスクとしてn型のドリフト層2の中に活性イオン種を注入し、再結合領域7を形成する。なお、注入エネルギを制御することにより、ドリフト層2表面から所望の深さに不純物を注入することができる。また、本実施の形態では、p型のベース領域3と再結合領域7との境界でベース領域3側に、当該ベース領域3よりも不純物濃度が高い中濃度p型領域6を形成する。これら再結合領域7および中濃度p型領域6については、後で詳述する。   After the drift layer 2 is formed by the epitaxial crystal growth method, active ion species are implanted into the n-type drift layer 2 using a resist as a mask to form the recombination region 7. By controlling the implantation energy, impurities can be implanted from the drift layer 2 surface to a desired depth. In the present embodiment, the medium concentration p-type region 6 having an impurity concentration higher than that of the base region 3 is formed on the base region 3 side at the boundary between the p-type base region 3 and the recombination region 7. The recombination region 7 and the medium concentration p-type region 6 will be described in detail later.

第2の半導体層であるベース領域3は、p型を有し、ドリフト層2に接して形成される。このp型のベース領域3は、例えば、ドリフト層2上にレジストを形成して、そのレジストをマスクとして不純物をイオン注入して形成される。p型となる不純物としては、例えば、ボロン(B)あるいはアルミニウム(Al)が挙げられる。p型のベース領域3の不純物濃度は、例えば、1×1018cm-3以上、厚みは、例えば、0.2〜1μmが好ましい。 The base region 3 that is the second semiconductor layer has a p-type and is formed in contact with the drift layer 2. The p-type base region 3 is formed, for example, by forming a resist on the drift layer 2 and ion-implanting impurities using the resist as a mask. Examples of the p-type impurity include boron (B) and aluminum (Al). The impurity concentration of the p-type base region 3 is preferably 1 × 10 18 cm −3 or more, for example, and the thickness is preferably 0.2 to 1 μm, for example.

こうして、第2の半導体層であるベース領域3は、p型を有し、ドリフト層2に接して形成される。本実施の形態では、隣り合うnチャネル炭化珪素MOSFETのベース領域3同士を、所定の間隔で互いを離間した部位に形成する。   Thus, the base region 3 which is the second semiconductor layer has a p-type and is formed in contact with the drift layer 2. In the present embodiment, base regions 3 of adjacent n-channel silicon carbide MOSFETs are formed at portions spaced from each other at a predetermined interval.

次に、p型のベース領域3上にレジストを形成した後、そのレジストをマスクとして各ベース領域3中に不純物をイオン注入して、n型のソース領域4を形成する。n型となる不純物としては、例えば、リン(P)あるいは窒素(N)が挙げられる。   Next, after forming a resist on the p-type base region 3, an impurity is ion-implanted into each base region 3 using the resist as a mask to form an n-type source region 4. Examples of the n-type impurity include phosphorus (P) and nitrogen (N).

さらに、ベース領域3上およびソース領域4上にレジストを形成し、そのレジストをマスクとして各ソース領域4中にp型の不純物をイオン注入する。このイオン注入により、高濃度p型領域5を形成する。本実施の形態では、高濃度p型領域5は、再結合領域7の真上に形成する。なお、この高濃度p型領域5の不純物濃度は、例えば、1×1020cm-3以上、厚みは、例えば、0.2〜0.5μmが好ましい。ただし、高濃度p型領域5と中濃度p型領域6との厚さの和は、ベース領域3の厚さよりも小さくしなければならない。n型不純物およびp型不純物のイオン注入後、熱処理装置によってウエハ(炭化珪素基板1)を高温でアニール処理すると、注入イオンが電気的に活性化される。 Further, a resist is formed on the base region 3 and the source region 4, and p-type impurities are ion-implanted into each source region 4 using the resist as a mask. By this ion implantation, a high concentration p-type region 5 is formed. In the present embodiment, the high concentration p-type region 5 is formed immediately above the recombination region 7. The impurity concentration of the high-concentration p-type region 5 is preferably 1 × 10 20 cm −3 or more, for example, and the thickness is preferably 0.2 to 0.5 μm, for example. However, the sum of the thicknesses of the high-concentration p-type region 5 and the medium-concentration p-type region 6 must be smaller than the thickness of the base region 3. After the ion implantation of the n-type impurity and the p-type impurity, when the wafer (silicon carbide substrate 1) is annealed at a high temperature by a heat treatment apparatus, the implanted ions are electrically activated.

次に、ドリフト層2の上部を熱酸化法によって酸化することによって、ウエハ上側にSiO2からなるゲート絶縁膜8を形成する。なお、ウエハの平面視において、ドリフト層2を熱酸化法によって酸化する範囲は全部でも一部でもよい。ドリフト層2を熱酸化法によって酸化してなるゲート絶縁膜8の膜厚は、もとのおよそ2倍となる。熱酸化後、O2雰囲気をAr雰囲気あるいはN2雰囲気に切り換え、冷却する。 Next, a gate insulating film 8 made of SiO 2 is formed on the upper side of the wafer by oxidizing the upper portion of the drift layer 2 by a thermal oxidation method. Note that the range in which the drift layer 2 is oxidized by the thermal oxidation method may be all or part of the wafer in plan view. The film thickness of the gate insulating film 8 formed by oxidizing the drift layer 2 by the thermal oxidation method is about twice as large as the original. After thermal oxidation, the O 2 atmosphere is switched to an Ar atmosphere or an N 2 atmosphere and cooled.

次に、ゲート絶縁膜8上にゲート電極9を成膜およびパターニングする。ゲート電極9の形状は、例えば、その端部が、ベース領域3上およびソース領域4上に位置するとともに、その中央が、隣り合うベース領域3の間のドリフト層2上に位置するように形成する。   Next, a gate electrode 9 is formed and patterned on the gate insulating film 8. The shape of the gate electrode 9 is formed such that, for example, its end is located on the base region 3 and the source region 4 and its center is located on the drift layer 2 between the adjacent base regions 3. To do.

さらに、層間絶縁膜10を成膜後、各ソース領域4上部は、ゲート絶縁膜8の一部とあわせて、リソグラフィ技術およびエッチング技術によって除去される。除去後、ソース領域4が表面に露出した部位にソース電極11を成膜し、パターニングする。その後、炭化珪素基板1の裏面側にドレイン電極12を形成する。こうして、図1に示すような素子構造の主要部が完成する。   Further, after forming the interlayer insulating film 10, the upper part of each source region 4 is removed together with a part of the gate insulating film 8 by lithography and etching techniques. After the removal, the source electrode 11 is formed at a portion where the source region 4 is exposed on the surface and patterned. Thereafter, drain electrode 12 is formed on the back side of silicon carbide substrate 1. Thus, the main part of the element structure as shown in FIG. 1 is completed.

次に、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置が備える中濃度p型領域6と、再結合領域7について説明する。   Next, medium concentration p-type region 6 and recombination region 7 included in the silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment will be described.

まず、再結合領域7について説明する。再結合領域7は、ドリフト層2に形成され、再結合中心が導入された領域である。本実施の形態に係る再結合領域7は、n型のドリフト層2とp型のベース領域3との接合界面であるPN界面のうち、図2に記載のボディーダイオード順方向通電開始直後に電流が流れる経路23上にのみ形成される。本実施の形態では、その経路23は、正孔がベース領域3から中濃度p型領域6を介してドリフト層2へ進む経路である。また、本実施の形態では、再結合領域7は、p型のベース領域3の直下で、ベース領域3より深い位置に形成される。   First, the recombination region 7 will be described. The recombination region 7 is a region formed in the drift layer 2 and having recombination centers introduced therein. The recombination region 7 according to the present embodiment has a current immediately after the start of forward conduction of the body diode shown in FIG. 2 in the PN interface which is a junction interface between the n-type drift layer 2 and the p-type base region 3. Is formed only on the path 23 through which. In the present embodiment, the path 23 is a path through which holes travel from the base region 3 to the drift layer 2 through the medium concentration p-type region 6. In the present embodiment, the recombination region 7 is formed immediately below the p-type base region 3 and deeper than the base region 3.

また、本実施の形態では、再結合領域7は、遷移金属を含んでなり、その遷移金属は、Sc(スカンジウム),Ti(チタン),V(バナジウム),Cr(クロム),Y(イットリウム),Zr(ジルコニウム),Nb(ニオブ),Mo(モリブデン),Hf(ハフニウム),Ta(タンタル),W(タングステン)の少なくとも一つを含む。また、本実施の形態では、再結合領域7の所定の不純物の濃度は、1×1017cm-3以上であり、再結合領域7の厚さは、0.1μm以上であるものとする。 In the present embodiment, the recombination region 7 includes a transition metal, which is Sc (scandium), Ti (titanium), V (vanadium), Cr (chromium), Y (yttrium). , Zr (zirconium), Nb (niobium), Mo (molybdenum), Hf (hafnium), Ta (tantalum), and W (tungsten). In the present embodiment, the predetermined impurity concentration in the recombination region 7 is 1 × 10 17 cm −3 or more, and the thickness of the recombination region 7 is 0.1 μm or more.

次に、中濃度p型領域6について説明する。第3の半導体層である中濃度p型領域6は、ベース領域3に形成され、当該ベース領域3よりも不純物濃度が高い。本実施の形態では、この中濃度p型領域6は、再結合領域7に隣接して形成されている。この中濃度p型領域6の不純物濃度は、周辺のベース領域3の不純物濃度より1桁程度大きければよく、ここに示す実施の形態の場合、例えば、1×1019cm-3以上であることが好ましい。また、厚みは、例えば、0.1〜0.5μmであることが好ましい。 Next, the medium concentration p-type region 6 will be described. The medium concentration p-type region 6 that is the third semiconductor layer is formed in the base region 3 and has a higher impurity concentration than the base region 3. In the present embodiment, the medium concentration p-type region 6 is formed adjacent to the recombination region 7. The impurity concentration of the medium concentration p-type region 6 only needs to be about an order of magnitude higher than the impurity concentration of the peripheral base region 3. In the embodiment shown here, for example, it is 1 × 10 19 cm −3 or more. Is preferred. Moreover, it is preferable that thickness is 0.1-0.5 micrometer, for example.

以上の構成からなる本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置では、再結合中心が導入された再結合領域7が形成されている。この再結合領域7では、積層欠陥を増やさずに電子−正孔の再結合を行う。これにより、電子−正孔が積層欠陥において再結合する機会を減らし、積層欠陥の経時的な成長を抑制するため、積層欠陥の経時的な成長を抑制することにより、順方向抵抗の経時的な上昇を抑制することができる。また、本実施の形態では、図2に記載のボディーダイオード順方向通電開始直後に電流が流れる経路23上にのみ再結合領域7を形成している。このように、ドリフト層2と、ベース領域3との間のPN界面全面に、大きな抵抗を有する再結合領域7を形成していないため、順方向抵抗や素子のON抵抗の初期値の上昇を抑制することができる。   In the silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment configured as described above, recombination region 7 into which a recombination center is introduced is formed. In this recombination region 7, electron-hole recombination is performed without increasing stacking faults. This reduces the chance of electron-hole recombination at stacking faults and suppresses the growth of stacking faults over time. The rise can be suppressed. In the present embodiment, the recombination region 7 is formed only on the path 23 through which the current flows immediately after the start of forward conduction of the body diode shown in FIG. Thus, since the recombination region 7 having a large resistance is not formed on the entire surface of the PN interface between the drift layer 2 and the base region 3, the initial value of the forward resistance and the ON resistance of the element is increased. Can be suppressed.

また、本実施の形態では、再結合領域7に隣接して中濃度p型領域6を設けた。この中濃度p型領域6は、周辺の同導電型の領域よりも抵抗が低い。そのため、順方向通電開始直後に電流(少数キャリア)が流れる経路23を所望の経路にすることができ、効率よく再結合領域7に電流を導くことができる。   In the present embodiment, the medium concentration p-type region 6 is provided adjacent to the recombination region 7. This medium concentration p-type region 6 has a lower resistance than the surrounding region of the same conductivity type. Therefore, the path 23 through which current (minority carriers) flows immediately after the start of forward energization can be a desired path, and the current can be efficiently guided to the recombination region 7.

また、本実施の形態では、再結合領域7は、遷移金属を有し、その遷移金属は、Sc,Ti,V,Cr,Y,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta,Wの少なくとも一つを含む。そのため、少数キャリアをさらに効率的に捕らえることができる。   In the present embodiment, the recombination region 7 has a transition metal, and the transition metal is at least one of Sc, Ti, V, Cr, Y, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, and W. including. Therefore, minority carriers can be captured more efficiently.

また、本実施の形態では、再結合領域7の所定の不純物の濃度は、1×1017cm-3以上であり、再結合領域7の厚さは、0.1μm以上である。そのため、順方向抵抗や素子のON抵抗の初期値の上昇を抑制することができるとともに、効率的に電子−正孔の再結合を行うことができる。 Further, in the present embodiment, the concentration of the predetermined impurity in the recombination region 7 is 1 × 10 17 cm −3 or more, and the thickness of the recombination region 7 is 0.1 μm or more. Therefore, it is possible to suppress an increase in the initial value of the forward resistance and the ON resistance of the element, and to efficiently perform electron-hole recombination.

なお、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の構成は、図1の構成に限ったものではなく、図3に示すような終端構造を有するように作成してもよい。なお、図の点線で示される構造14は、図1と同じ構造であり、この構造14を周期的に繰り返したものであってもよい。そして、終端部にJTE(Junction Termination Extension)部13を形成する。JTE部13は、終端部の電界集中を低減する役割をする。このJTE部13は、上述のベース領域3の形成後、イオン注入法により形成する。このJTE部13の不純物濃度は、1×1017cm-3以上、厚みは0.2〜1μmが好ましい。 Note that the configuration of the silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment is not limited to the configuration of FIG. 1, and may be formed to have a termination structure as shown in FIG. In addition, the structure 14 shown with the dotted line of a figure is the same structure as FIG. 1, This structure 14 may be repeated periodically. Then, a JTE (Junction Termination Extension) portion 13 is formed at the end portion. The JTE unit 13 serves to reduce the electric field concentration at the terminal end. The JTE portion 13 is formed by ion implantation after the formation of the base region 3 described above. The JTE portion 13 preferably has an impurity concentration of 1 × 10 17 cm −3 or more and a thickness of 0.2 to 1 μm.

なお、本実施の形態では、図4(a)に示すようにドリフト層2に再結合領域7を設けた構成について説明した。しかし、これに限ったものではなく、再結合領域7は、図4(d)(e)(f)に示すように、ベース領域3に設ける構成であってもよく、図4(g)(h)(i)に示すように、ドリフト層2およびベース領域3の両方に設ける構成であってもよい。これらの構成であっても、上述と同様に、順方向抵抗の経時的な上昇を抑制することができるとともに、順方向抵抗を低減することができる。   In the present embodiment, the configuration in which the recombination region 7 is provided in the drift layer 2 as shown in FIG. However, the present invention is not limited to this, and the recombination region 7 may be provided in the base region 3 as shown in FIGS. 4D, 4E, and 4F. h) As shown in (i), the structure provided in both the drift layer 2 and the base region 3 may be sufficient. Even with these configurations, it is possible to suppress the increase in the forward resistance with time and reduce the forward resistance, as described above.

また、本実施の形態では、図4(a)に示すように、ベース領域3に形成され、当該ベース領域3よりも不純物濃度が高い第3の半導体層である中濃度p型領域6を設けた構成について説明した。そして、中濃度p型領域6を、再結合領域7に隣接して形成した。しかし、これに限ったものではなく、図4(d)(e)(g)(h)に示すように、中濃度p型領域6を、再結合領域7に重ねて形成してもよい。また、中濃度p型領域6の代わりに、ドリフト層2に形成され、当該ドリフト層2よりも不純物濃度が高い第3の半導体層である中濃度n型領域24を設ける。そして、図4(f)に示すように、中濃度n型領域24を、再結合領域7と隣接して形成してもよく、あるいは、図4(b)(c)(h)(i)に示すように、中濃度n型領域24を、再結合領域7に重ねて形成してもよい。また、図4(b)(e)(h)に示すように、中濃度p型領域6と中濃度n型領域24の両方を設ける構成であってもよい。これらの構成であっても、上述と同様に、順方向通電開始直後に電流が流れる経路23を所望の経路にすることができ、効率よく再結合領域7に電流を流すことができる。   Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 4A, a medium concentration p-type region 6 which is a third semiconductor layer formed in the base region 3 and having an impurity concentration higher than that of the base region 3 is provided. The configuration was explained. Then, the medium concentration p-type region 6 was formed adjacent to the recombination region 7. However, the present invention is not limited to this, and the intermediate concentration p-type region 6 may be formed to overlap the recombination region 7 as shown in FIGS. 4 (d), (e), (g), and (h). Further, instead of the medium concentration p-type region 6, a medium concentration n-type region 24, which is a third semiconductor layer formed in the drift layer 2 and having an impurity concentration higher than that of the drift layer 2, is provided. Then, as shown in FIG. 4 (f), the intermediate concentration n-type region 24 may be formed adjacent to the recombination region 7, or FIG. 4 (b) (c) (h) (i) As shown in FIG. 3, the intermediate concentration n-type region 24 may be formed so as to overlap the recombination region 7. Further, as shown in FIGS. 4B, 4E, and 4H, a configuration in which both the medium concentration p-type region 6 and the medium concentration n-type region 24 are provided may be employed. Even with these configurations, the path 23 through which the current flows immediately after the start of forward energization can be made a desired path, and the current can be efficiently passed through the recombination region 7 as described above.

また、本実施の形態では、第1の導電型をn型、第2の導電型をp型であるものとして説明したが、これに限ったものではなく、第1の導電型をp型、第2の導電型をn型とするものであってもよい。   In the present embodiment, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type. However, the present invention is not limited to this, and the first conductivity type is p-type, The second conductivity type may be n-type.

<実施の形態2>
本実施の形態では、第1の導電型をn型、第2の導電型をp型であるものとして説明する。図5に、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の断面図を示す。図5に示すように、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置は、第1の半導体層であるドリフト層2と、第2の半導体層であるガードリング領域15と、第3の半導体層である中濃度p型(第2の導電型)領域6と、再結合領域7とを備える。以下、本実施の形態に係る半導体装置の構成のうち、実施の形態1と同一の構成については、同一の符号を付すものとし、新たに説明しない構成については、実施の形態1と同じであるものとする。
<Embodiment 2>
In this embodiment, the first conductivity type is assumed to be n-type, and the second conductivity type is assumed to be p-type. FIG. 5 shows a cross-sectional view of the silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment. As shown in FIG. 5, the silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment includes a drift layer 2 that is a first semiconductor layer, a guard ring region 15 that is a second semiconductor layer, and a third semiconductor layer. A medium concentration p-type (second conductivity type) region 6 and a recombination region 7 are provided. Hereinafter, of the configuration of the semiconductor device according to the present embodiment, the same configuration as that of the first embodiment is denoted by the same reference numeral, and the configuration not newly described is the same as that of the first embodiment. Shall.

本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置は、炭化珪素SBD(ショートバリアダイオード)を備え、この炭化珪素SBDは、n型(第1の導電型)を有する炭化珪素基板1と、n型(第1の導電型)を有するドリフト層2と、中濃度p型領域6と、再結合領域7と、p型(第2の導電型)を有するガードリング領域15と、p型(第2の導電型)を有するJTE領域16と、ショットキー電極17と、アノード電極18と、カソード電極19とを備える。   The silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment includes silicon carbide SBD (short barrier diode), and silicon carbide SBD includes silicon carbide substrate 1 having n type (first conductivity type) and n type (first conductivity type). Drift layer 2, medium concentration p-type region 6, recombination region 7, guard ring region 15 having p-type (second conductivity type), and p-type (second conductivity type). JTE region 16 having a mold), a Schottky electrode 17, an anode electrode 18, and a cathode electrode 19.

次に、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の構成およびその製造工程について説明する。まず、n型を有する炭化珪素基板1を準備する。この炭化珪素基板1の抵抗率は、例えば、0.1Ωcm以下が好適である。   Next, the structure and manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment will be described. First, n-type silicon carbide substrate 1 is prepared. The resistivity of this silicon carbide substrate 1 is preferably 0.1 Ωcm or less, for example.

第1の半導体層であるドリフト層2は、n型を有し、炭化珪素基板1上に形成される。ドリフト層2は、n型の炭化珪素からなり、例えば、エピタキシャル結晶成長法により形成される。このドリフト層2の濃度は、例えば、1×1015cm-3以上1×1017cm-3以下、厚みは、例えば、8〜12μmであることが好ましい。 Drift layer 2 that is the first semiconductor layer has an n-type and is formed on silicon carbide substrate 1. The drift layer 2 is made of n-type silicon carbide and is formed by, for example, an epitaxial crystal growth method. The concentration of the drift layer 2 is preferably, for example, 1 × 10 15 cm −3 to 1 × 10 17 cm −3 and the thickness is, for example, 8 to 12 μm.

エピタキシャル結晶成長法によりドリフト層2を形成した後、レジストをマスクとしてn型のドリフト層2の中に活性イオン種を注入し、再結合領域7を形成する。なお、注入エネルギを制御することにより、ドリフト層2表面から所望の深さに不純物を注入することができる。また、本実施の形態では、p型のガードリング領域15と再結合領域7との境界でガードリング領域15側に、当該ガードリング領域15よりも不純物濃度が高い中濃度p型領域6を形成する。これら再結合領域7および中濃度p型領域6については、後で詳述する。   After the drift layer 2 is formed by the epitaxial crystal growth method, active ion species are implanted into the n-type drift layer 2 using a resist as a mask to form the recombination region 7. By controlling the implantation energy, impurities can be implanted from the drift layer 2 surface to a desired depth. In the present embodiment, the medium concentration p-type region 6 having an impurity concentration higher than that of the guard ring region 15 is formed on the guard ring region 15 side at the boundary between the p-type guard ring region 15 and the recombination region 7. To do. The recombination region 7 and the medium concentration p-type region 6 will be described in detail later.

第2の半導体層であるガードリング領域15は、p型を有し、ドリフト層2に接して形成される。このp型のガードリング領域15は、例えば、ドリフト層2上の所定の部位にレジストを形成した後、そのレジストをマスクとして不純物をイオン注入して形成される。p型のJTE領域16も、ガードリング領域15と同様に形成される。p型となる不純物としては、例えば、ボロン(B)あるいはアルミニウム(Al)が挙げられる。p型のガードリング領域15の不純物濃度は、例えば、1×1017cm-3以上、厚みは、例えば、0.2〜1μmが好ましい。p型のJTE領域16の不純物濃度は、例えば、1×1017cm-3以上、厚みは、例えば、0.2〜1μmが好ましい。 The guard ring region 15 as the second semiconductor layer has a p-type and is formed in contact with the drift layer 2. The p-type guard ring region 15 is formed, for example, by forming a resist at a predetermined site on the drift layer 2 and then ion-implanting impurities using the resist as a mask. The p-type JTE region 16 is also formed in the same manner as the guard ring region 15. Examples of the p-type impurity include boron (B) and aluminum (Al). The impurity concentration of the p-type guard ring region 15 is preferably 1 × 10 17 cm −3 or more, for example, and the thickness is preferably 0.2 to 1 μm, for example. The impurity concentration of the p-type JTE region 16 is preferably 1 × 10 17 cm −3 or more, for example, and the thickness is preferably 0.2 to 1 μm, for example.

このp型不純物のイオン注入後、熱処理装置によってウエハを高温でアニール処理すると、注入イオンが電気的に活性化される。その後、ショットキー電極17、アノード電極18を順次成膜、パターニングし、炭化珪素基板1の裏面側にカソード電極19を形成する。こうして、図5に示すような素子構造の主要部が完成する。   After the ion implantation of the p-type impurity, when the wafer is annealed at a high temperature by a heat treatment apparatus, the implanted ions are electrically activated. Thereafter, the Schottky electrode 17 and the anode electrode 18 are sequentially formed and patterned, and the cathode electrode 19 is formed on the back side of the silicon carbide substrate 1. Thus, the main part of the element structure as shown in FIG. 5 is completed.

次に、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置が備える中濃度p型領域6と、再結合領域7について説明する。   Next, medium concentration p-type region 6 and recombination region 7 included in the silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment will be described.

まず、再結合領域7について説明する。再結合領域7は、ドリフト層2に形成され、再結合中心が導入された領域である。本実施の形態に係る再結合領域7は、n型のドリフト層2とp型のガードリング領域15との接合界面であるPN界面のうち、順方向通電開始直後に電流が流れる経路上にのみ形成される。本実施の形態では、その経路は、ガードリング領域15から中濃度p型領域6を介してドリフト層2へ進む経路である。また、本実施の形態では、再結合領域7は、p型のガードリング領域15の直下で、ガードリング領域15より深い位置に形成される。   First, the recombination region 7 will be described. The recombination region 7 is a region formed in the drift layer 2 and having recombination centers introduced therein. The recombination region 7 according to the present embodiment is only on the path through which current flows immediately after the start of forward energization in the PN interface that is the junction interface between the n-type drift layer 2 and the p-type guard ring region 15. It is formed. In the present embodiment, the path is a path that travels from the guard ring region 15 to the drift layer 2 through the medium concentration p-type region 6. In the present embodiment, the recombination region 7 is formed immediately below the p-type guard ring region 15 and deeper than the guard ring region 15.

本実施の形態では、再結合領域7は、遷移金属を含んでなり、その遷移金属は、Sc,Ti,V,Cr,Y,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta,Wの少なくとも一つを含む。また、本実施の形態では、再結合領域7の所定の不純物の濃度は、1×1017cm-3以上であり、再結合領域7の厚さは、0.1μm以上であるものとする。 In the present embodiment, the recombination region 7 includes a transition metal, and the transition metal includes at least one of Sc, Ti, V, Cr, Y, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, and W. Including. In the present embodiment, the predetermined impurity concentration in the recombination region 7 is 1 × 10 17 cm −3 or more, and the thickness of the recombination region 7 is 0.1 μm or more.

次に、中濃度p型領域6について説明する。第3の半導体層である中濃度p型領域6は、ガードリング領域15に形成され、当該ガードリング領域15よりも不純物濃度が高い。本実施の形態では、この中濃度p型領域6は、再結合領域7と隣接して形成されている。この中濃度p型領域6の不純物濃度は、周辺のガードリング領域15の不純物濃度より1桁程度大きければよく、ここに示す実施の形態の場合、例えば、1×1018cm-3以上であることが望ましい。また、厚みは、例えば、0.1〜0.5μmであることが好ましい。 Next, the medium concentration p-type region 6 will be described. The medium concentration p-type region 6 which is the third semiconductor layer is formed in the guard ring region 15 and has a higher impurity concentration than the guard ring region 15. In the present embodiment, the medium concentration p-type region 6 is formed adjacent to the recombination region 7. The impurity concentration of the medium concentration p-type region 6 only needs to be about an order of magnitude higher than the impurity concentration of the surrounding guard ring region 15. In the embodiment shown here, for example, it is 1 × 10 18 cm −3 or more. It is desirable. Moreover, it is preferable that thickness is 0.1-0.5 micrometer, for example.

以上の構成からなる本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置では、再結合中心が導入された再結合領域7が形成されている。この再結合領域7では、積層欠陥を増やさずに電子−正孔の再結合を行う。そのため、積層欠陥の経時的な成長を抑制することにより、順方向抵抗の経時的な上昇を抑制することができる。また、本実施の形態では、順方向通電開始直後に電流が流れる経路上にのみ再結合領域7を形成している。このように、ドリフト層2と、ガードリング領域15との間のPN界面全面に、大きな抵抗を有する再結合領域7を形成していないため、順方向抵抗や素子のON抵抗の初期値の上昇を抑制することができる。   In the silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment configured as described above, recombination region 7 into which a recombination center is introduced is formed. In this recombination region 7, electron-hole recombination is performed without increasing stacking faults. Therefore, by suppressing the growth of stacking faults over time, it is possible to suppress the increase in forward resistance over time. In the present embodiment, the recombination region 7 is formed only on the path through which current flows immediately after the start of forward energization. Thus, since the recombination region 7 having a large resistance is not formed on the entire surface of the PN interface between the drift layer 2 and the guard ring region 15, the initial value of the forward resistance and the ON resistance of the element is increased. Can be suppressed.

また、本実施の形態では、再結合領域7に隣接して中濃度p型領域6を設けた。これにより、順方向通電開始直後に電流が流れる経路を所望の経路にすることができ、効率よく再結合領域7に電流を流すことができる。また、実施の形態1のその他の効果も得ることができる。   In the present embodiment, the medium concentration p-type region 6 is provided adjacent to the recombination region 7. Thereby, the path through which the current flows immediately after the start of forward energization can be changed to a desired path, and the current can be efficiently passed through the recombination region 7. In addition, the other effects of the first embodiment can be obtained.

なお、本実施の形態では、第1の導電型をn型、第2の導電型をp型であるものとして説明したが、これに限ったものではなく、第1の導電型をp型、第2の導電型をn型とするものであってもよい。   In the present embodiment, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type. However, the present invention is not limited to this, and the first conductivity type is p-type, The second conductivity type may be n-type.

<実施の形態3>
本実施の形態では、第1の導電型をn型、第2の導電型をp型であるものとして説明する。図6に、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の断面図を示す。図6に示すように、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置は、第1の半導体層であるドリフト層2と、第2の半導体層であるガードリング領域15およびp型(第2の導電型)領域20と、第3の半導体層である中濃度p型(第2の導電型)領域6,21と、再結合領域7とを備える。以下、本実施の形態に係る半導体装置の構成のうち、実施の形態1と同一の構成については、同一の符号を付すものとし、新たに説明しない構成については、実施の形態2と同じであるものとする。
<Embodiment 3>
In this embodiment, the first conductivity type is assumed to be n-type, and the second conductivity type is assumed to be p-type. FIG. 6 shows a cross-sectional view of the silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment. As shown in FIG. 6, the silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment includes a drift layer 2 that is a first semiconductor layer, a guard ring region 15 that is a second semiconductor layer, and a p-type (second conductive layer). Type) region 20, medium-concentration p-type (second conductivity type) regions 6, 21 that are third semiconductor layers, and recombination region 7. Hereinafter, among the configurations of the semiconductor device according to the present embodiment, the same reference numerals are given to the same configurations as those in the first embodiment, and the configurations not newly described are the same as those in the second embodiment. Shall.

本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置は、炭化珪素SBD(ショートバリアダイオード)を備え、この炭化珪素SBDは、n型(第1の導電型)を有する炭化珪素基板1と、n型(第1の導電型)を有するドリフト層2と、高濃度p型領域5と、中濃度p型領域6,21と、再結合中心が導入された再結合領域7と、p型(第2の導電型)を有するガードリング領域15と、p型(第2の導電型)を有するJTE領域16と、ショットキー電極17と、アノード電極18と、カソード電極19と、p型領域20とを備える。   The silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment includes silicon carbide SBD (short barrier diode), and silicon carbide SBD includes silicon carbide substrate 1 having n type (first conductivity type) and n type (first conductivity type). 1), a high-concentration p-type region 5, medium-concentration p-type regions 6 and 21, a recombination region 7 in which a recombination center is introduced, and a p-type (second conductivity type). A guard ring region 15 having a p-type (second conductivity type), a Schottky electrode 17, an anode electrode 18, a cathode electrode 19, and a p-type region 20.

次に、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置の構成およびその製造工程について説明する。まず、n型を有する炭化珪素基板1を準備する。この炭化珪素基板1の抵抗率は、例えば、0.1Ωcm以下が好適である。   Next, the structure and manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment will be described. First, n-type silicon carbide substrate 1 is prepared. The resistivity of this silicon carbide substrate 1 is preferably 0.1 Ωcm or less, for example.

第1の半導体層であるドリフト層2は、n型を有し、炭化珪素基板1上に形成される。ドリフト層2は、n型の炭化珪素からなり、例えば、エピタキシャル結晶成長法により形成される。このドリフト層2の濃度は、例えば、1×1015cm-3以上1×1017cm-3以下、厚みは、例えば、8〜12μmであることが好ましい。 Drift layer 2 that is the first semiconductor layer has an n-type and is formed on silicon carbide substrate 1. The drift layer 2 is made of n-type silicon carbide and is formed by, for example, an epitaxial crystal growth method. The concentration of the drift layer 2 is preferably, for example, 1 × 10 15 cm −3 to 1 × 10 17 cm −3 and the thickness is, for example, 8 to 12 μm.

エピタキシャル結晶成長法によりドリフト層2を形成した後、レジストをマスクとしてn型のドリフト層2の中に活性イオン種を注入し、再結合領域7を形成する。なお、注入エネルギを制御することにより、ドリフト層2表面から所望の深さに不純物を注入することができる。また、p型のガードリング領域15と再結合領域7との境界でガードリング領域15側に、当該ガードリング領域15よりも不純物濃度が高い中濃度p型領域6を形成する。また、本実施の形態では、p型領域20と再結合領域7との境界でp型領域20側に、当該p型領域20よりも不純物濃度が高い中濃度p型領域21を形成する。これら再結合領域7および中濃度p型領域6,21については、後で詳述する。   After the drift layer 2 is formed by the epitaxial crystal growth method, active ion species are implanted into the n-type drift layer 2 using a resist as a mask to form the recombination region 7. By controlling the implantation energy, impurities can be implanted from the drift layer 2 surface to a desired depth. Further, a medium concentration p-type region 6 having an impurity concentration higher than that of the guard ring region 15 is formed on the guard ring region 15 side at the boundary between the p-type guard ring region 15 and the recombination region 7. In the present embodiment, a medium concentration p-type region 21 having an impurity concentration higher than that of the p-type region 20 is formed on the p-type region 20 side at the boundary between the p-type region 20 and the recombination region 7. The recombination region 7 and the medium concentration p-type regions 6 and 21 will be described in detail later.

第2の半導体層であるガードリング領域15およびp型領域20は、p型を有し、ドリフト層2に接して形成される。このp型のガードリング領域15およびp型領域20は、例えば、ドリフト層2上の所定の部位にレジストを形成した後、そのレジストをマスクとして不純物をイオン注入して形成される。p型のJTE領域16も、これらと同様に形成される。p型となる不純物としては、例えば、ボロン(B)あるいはアルミニウム(Al)が挙げられる。p型のガードリング領域15の不純物濃度は、例えば、1×1017cm-3以上、厚みは、例えば、0.2〜1μmが好ましい。p型のJTE領域16の不純物濃度は、例えば、1×1017cm-3以上、厚みは、例えば、0.2〜1μmが好ましい。p型領域20の不純物濃度は、例えば、1×1018cm-3以上、厚みは、例えば、0.2〜1μmが好ましい。 The guard ring region 15 and the p-type region 20 which are the second semiconductor layers have a p-type and are formed in contact with the drift layer 2. The p-type guard ring region 15 and the p-type region 20 are formed, for example, by forming a resist at a predetermined site on the drift layer 2 and then ion-implanting impurities using the resist as a mask. The p-type JTE region 16 is formed in the same manner as these. Examples of the p-type impurity include boron (B) and aluminum (Al). The impurity concentration of the p-type guard ring region 15 is preferably 1 × 10 17 cm −3 or more, for example, and the thickness is preferably 0.2 to 1 μm, for example. The impurity concentration of the p-type JTE region 16 is preferably 1 × 10 17 cm −3 or more, for example, and the thickness is preferably 0.2 to 1 μm, for example. The impurity concentration of the p-type region 20 is preferably 1 × 10 18 cm −3 or more and the thickness is preferably 0.2 to 1 μm, for example.

さらに、ドリフト層2上の所定の部位にレジストを形成した後、そのレジストをマスクとして不純物をイオン注入することにより、高濃度p型領域5を形成する。これらp型不純物のイオン注入後、熱処理装置によってウエハを高温でアニール処理すると、注入イオンが電気的に活性化される。その後、ショットキー電極17、アノード電極18を順次成膜、パターニングし、炭化珪素基板1の裏面側にカソード電極19を形成する。こうして、図6に示すような素子構造の主要部が完成する。   Further, after a resist is formed at a predetermined site on the drift layer 2, impurities are ion-implanted using the resist as a mask, thereby forming the high-concentration p-type region 5. After the ion implantation of these p-type impurities, if the wafer is annealed at a high temperature by a heat treatment apparatus, the implanted ions are electrically activated. Thereafter, the Schottky electrode 17 and the anode electrode 18 are sequentially formed and patterned, and the cathode electrode 19 is formed on the back side of the silicon carbide substrate 1. Thus, the main part of the element structure as shown in FIG. 6 is completed.

次に、本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置が備える中濃度p型領域6と、再結合領域7について説明する。   Next, medium concentration p-type region 6 and recombination region 7 included in the silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment will be described.

まず、再結合領域7について説明する。再結合領域7は、ドリフト層2に形成され、再結合中心が導入された領域である。本実施の形態では、再結合領域7は、n型のドリフト層2とp型のガードリング領域15との接合界面であるPN界面のうち、順方向通電開始直後に電流が流れる経路上にのみ形成される。その経路は、ガードリング領域15から中濃度p型領域6を介してドリフト層2へ進む経路である。本実施の形態では、再結合領域7は、p型のガードリング領域15の直下で、ガードリング領域15より深い位置に形成される。   First, the recombination region 7 will be described. The recombination region 7 is a region formed in the drift layer 2 and having recombination centers introduced therein. In the present embodiment, the recombination region 7 is only on the path through which current flows immediately after the start of forward energization in the PN interface that is the junction interface between the n-type drift layer 2 and the p-type guard ring region 15. It is formed. The path is a path that travels from the guard ring region 15 to the drift layer 2 through the medium concentration p-type region 6. In the present embodiment, the recombination region 7 is formed immediately below the p-type guard ring region 15 and at a position deeper than the guard ring region 15.

また、本実施の形態では、再結合領域7は、n型ドリフト層2とp型領域20との接合界面であるPN界面のうち、順方向通電開始直後に電流が流れる経路上にのみ形成される。その経路は、p型領域20から中濃度p型領域6を介してドリフト層2へ進む経路である。本実施の形態では、再結合領域7は、p型領域20の直下で、p型領域20より深い位置に形成される。   Further, in the present embodiment, the recombination region 7 is formed only on the path through which current flows immediately after the start of forward energization in the PN interface that is the junction interface between the n-type drift layer 2 and the p-type region 20. The The path is a path that travels from the p-type region 20 to the drift layer 2 through the medium concentration p-type region 6. In the present embodiment, the recombination region 7 is formed at a position deeper than the p-type region 20 immediately below the p-type region 20.

本実施の形態では、再結合領域7は、遷移金属を含んでなり、その遷移金属は、Sc,Ti,V,Cr,Y,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta,Wの少なくとも一つを含む。また、本実施の形態では、再結合領域7の所定の不純物の濃度は、1×1017cm-3以上であり、再結合領域7の厚さは、0.1μm以上であるものとする。 In the present embodiment, the recombination region 7 includes a transition metal, and the transition metal includes at least one of Sc, Ti, V, Cr, Y, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, and W. Including. In the present embodiment, the predetermined impurity concentration in the recombination region 7 is 1 × 10 17 cm −3 or more, and the thickness of the recombination region 7 is 0.1 μm or more.

次に、中濃度p型領域6について説明する。第3の半導体層である中濃度p型領域6は、ガードリング領域15に形成され、当該ガードリング領域15よりも不純物濃度が高い。本実施の形態では、この中濃度p型領域6は、再結合領域7と隣接して形成されている。この中濃度p型領域6の不純物濃度は、周辺のガードリング領域15の不純物濃度より1桁程度大きければよく、ここに示す実施の形態の場合、例えば、1×1018cm-3以上であることが好ましい。また、厚みは、例えば、0.1〜0.5μmであることが好ましい。中濃度p型領域21については、ガードリング領域15が、p型領域20に変更する以外は、中濃度p型領域6と同じである。 Next, the medium concentration p-type region 6 will be described. The medium concentration p-type region 6 which is the third semiconductor layer is formed in the guard ring region 15 and has a higher impurity concentration than the guard ring region 15. In the present embodiment, the medium concentration p-type region 6 is formed adjacent to the recombination region 7. The impurity concentration of the medium concentration p-type region 6 only needs to be about an order of magnitude higher than the impurity concentration of the surrounding guard ring region 15. In the embodiment shown here, for example, it is 1 × 10 18 cm −3 or more. It is preferable. Moreover, it is preferable that thickness is 0.1-0.5 micrometer, for example. The medium concentration p-type region 21 is the same as the medium concentration p-type region 6 except that the guard ring region 15 is changed to the p-type region 20.

以上の構成からなる本実施の形態に係る炭化珪素半導体装置では、再結合中心が導入された再結合領域7が形成されている。この再結合領域7では、積層欠陥を増やさずに電子−正孔の再結合を行う。そのため、積層欠陥の経時的な成長を抑制することにより、順方向抵抗の経時的な上昇を抑制することができる。また、本実施の形態では、順方向通電開始直後に電流が流れる経路上にのみ再結合領域7を形成している。このように、ドリフト層2とガードリング領域15との間、および、ドリフト層2とp型領域20との間それぞれのPN界面全面に、大きな抵抗を有する再結合領域7を形成していないため、順方向抵抗や素子のON抵抗の初期値の上昇を抑制することができる。   In the silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment configured as described above, recombination region 7 into which a recombination center is introduced is formed. In this recombination region 7, electron-hole recombination is performed without increasing stacking faults. Therefore, by suppressing the growth of stacking faults over time, it is possible to suppress the increase in forward resistance over time. In the present embodiment, the recombination region 7 is formed only on the path through which current flows immediately after the start of forward energization. Thus, the recombination region 7 having a large resistance is not formed on the entire PN interface between the drift layer 2 and the guard ring region 15 and between the drift layer 2 and the p-type region 20. In addition, an increase in the initial value of the forward resistance and the ON resistance of the element can be suppressed.

また、本実施の形態では、再結合領域7に隣接して中濃度p型領域6,21を設けた。これにより、順方向通電開始直後に電流が流れる経路を所望の経路にすることができ、効率よく再結合領域7に電流を流すことができる。また、実施の形態1のその他の効果も得ることができる。   In the present embodiment, the medium concentration p-type regions 6 and 21 are provided adjacent to the recombination region 7. Thereby, the path through which the current flows immediately after the start of forward energization can be changed to a desired path, and the current can be efficiently passed through the recombination region 7. In addition, the other effects of the first embodiment can be obtained.

なお、本実施の形態では、第1の導電型をn型、第2の導電型をp型であるものとして説明したが、これに限ったものではなく、第1の導電型をp型、第2の導電型をn型とするものであってもよい。   In the present embodiment, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type. However, the present invention is not limited to this, and the first conductivity type is p-type, The second conductivity type may be n-type.

また、本実施の形態では、ガードリング領域15側とp型領域20側の両方に再結合領域7を形成した。しかしこれに限ったものではなく、ガードリング領域15側とp型領域20の片方に再結合領域7を形成した構成であってもよい。   In the present embodiment, the recombination region 7 is formed on both the guard ring region 15 side and the p-type region 20 side. However, the present invention is not limited to this, and the recombination region 7 may be formed on one side of the guard ring region 15 and the p-type region 20.

実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置を示す断面図である。1 is a cross sectional view showing a silicon carbide semiconductor device according to a first embodiment. 実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置の通電経路等を示す断面図である。FIG. 3 is a cross sectional view showing an energization path and the like of the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment. 実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置を示す断面図である。1 is a cross sectional view showing a silicon carbide semiconductor device according to a first embodiment. 実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置を示す断面図である。1 is a cross sectional view showing a silicon carbide semiconductor device according to a first embodiment. 実施の形態2に係る炭化珪素半導体装置を示す断面図である。FIG. 6 is a cross sectional view showing a silicon carbide semiconductor device according to a second embodiment. 実施の形態3に係る炭化珪素半導体装置を示す断面図である。FIG. 6 is a cross sectional view showing a silicon carbide semiconductor device according to a third embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 炭化珪素基板、2 ドリフト層、3 ベース領域、4 ソース領域、5 高濃度p型領域、6,21 中濃度p型領域、7 再結合領域、8 ゲート絶縁膜、9 ゲート電極、10 層間絶縁膜、11 ソース電極、12 ドレイン電極、13 JTE部、14 構造、15 ガードリング領域、16 JTE領域、17 ショットキー電極、18 アノード電極、19 カソード電極、20 p型領域、21 ON時の通電経路、22 ボディーダイオード順方向通電開始箇所、23 ボディーダイオード順方向通電開始直後に電流が流れる経路、24 中濃度n型領域。   1 silicon carbide substrate, 2 drift layer, 3 base region, 4 source region, 5 high concentration p-type region, 6,21 medium concentration p-type region, 7 recombination region, 8 gate insulating film, 9 gate electrode, 10 interlayer insulation Membrane, 11 source electrode, 12 drain electrode, 13 JTE section, 14 structure, 15 guard ring region, 16 JTE region, 17 Schottky electrode, 18 anode electrode, 19 cathode electrode, 20 p-type region, 21 energization path when ON , 22 Body diode forward energization start point, 23 Current flow path immediately after body diode forward energization start, 24 Medium density n-type region.

Claims (10)

炭化珪素基板上に形成された第1の導電型を有する第1の半導体層と、
前記第1の半導体層に接して形成された第2の導電型を有する第2の半導体層と、
前記第1の半導体層、および/または、前記第2の半導体層に形成され、再結合中心が導入された再結合領域とを備え、
前記再結合領域は、
前記第1の半導体層と前記第2の半導体層との接合界面であるPN界面のうち、順方向通電開始直後に電流が流れる経路上にのみ形成された、
炭化珪素半導体装置。
A first semiconductor layer having a first conductivity type formed on a silicon carbide substrate;
A second semiconductor layer having a second conductivity type formed in contact with the first semiconductor layer;
A recombination region formed in the first semiconductor layer and / or the second semiconductor layer and introduced with a recombination center;
The recombination region is
Of the PN interface, which is the junction interface between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, formed only on the path through which current flows immediately after the start of forward energization,
Silicon carbide semiconductor device.
前記第1の半導体層、および/または、前記第2の半導体層に形成され、当該半導体層よりも不純物濃度が高い第3の半導体層をさらに備え、
前記第3の半導体層は、前記再結合領域に隣接して形成された、
請求項1に記載の炭化珪素半導体装置。
A third semiconductor layer formed on the first semiconductor layer and / or the second semiconductor layer and having a higher impurity concentration than the semiconductor layer;
The third semiconductor layer is formed adjacent to the recombination region;
The silicon carbide semiconductor device according to claim 1.
前記第1の半導体層、および/または、前記第2の半導体層に形成され、当該半導体層よりも不純物濃度が高い第3の半導体層をさらに備え、
前記第3の半導体層は、前記再結合領域に重ねて形成された、
請求項1に記載の炭化珪素半導体装置。
A third semiconductor layer formed on the first semiconductor layer and / or the second semiconductor layer and having a higher impurity concentration than the semiconductor layer;
The third semiconductor layer is formed to overlap the recombination region;
The silicon carbide semiconductor device according to claim 1.
前記第3の半導体層の不純物濃度が1×1019cm-3以上である、
請求項2または請求項3に記載の炭化珪素半導体装置。
The impurity concentration of the third semiconductor layer is 1 × 10 19 cm −3 or more;
The silicon carbide semiconductor device according to claim 2 or claim 3.
前記第3の半導体層の厚みが、0.1〜0.5μmである、
請求項2乃至請求項4のいずれかに記載の炭化珪素半導体装置。
The third semiconductor layer has a thickness of 0.1 to 0.5 μm.
The silicon carbide semiconductor device according to claim 2.
前記再結合領域は、
遷移金属を含んでなる、
請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の炭化珪素半導体装置。
The recombination region is
Comprising a transition metal,
The silicon carbide semiconductor device according to any one of claims 1 to 5.
前記遷移金属は、
Sc,Ti,V,Cr,Y,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta,Wの少なくとも一つを含む、
請求項6に記載の炭化珪素半導体装置。
The transition metal is
Including at least one of Sc, Ti, V, Cr, Y, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W,
The silicon carbide semiconductor device according to claim 6.
前記再結合領域の前記遷移金属の濃度は、1×1017cm-3以上である、
請求項6または請求項7に記載の炭化珪素半導体装置。
A concentration of the transition metal in the recombination region is 1 × 10 17 cm −3 or more;
A silicon carbide semiconductor device according to claim 6 or 7.
前記再結合領域の厚さは、0.1μm以上である、
請求項6乃至請求項8のいずれかに記載の炭化珪素半導体装置。
The recombination region has a thickness of 0.1 μm or more.
The silicon carbide semiconductor device according to claim 6.
(a)炭化珪素基板上に、第1の導電型を有する第1の半導体層を形成する工程と、
(b)前記第1の半導体層に接して、第2の導電型を有する第2の半導体層を形成する工程と、
(c)前記第1の半導体層、および/または、前記第2の半導体層に、再結合中心が導入された再結合領域を形成する工程とを備え、
前記工程(c)における前記再結合領域は、
前記第1の半導体層と前記第2の半導体層との接合界面であるPN界面のうち、順方向通電開始直後に電流が流れる経路上にのみ形成された、
炭化珪素半導体装置の製造方法。
(A) forming a first semiconductor layer having a first conductivity type on a silicon carbide substrate;
(B) forming a second semiconductor layer having a second conductivity type in contact with the first semiconductor layer;
(C) forming a recombination region into which a recombination center is introduced in the first semiconductor layer and / or the second semiconductor layer,
The recombination region in step (c) is
Of the PN interface, which is the junction interface between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, formed only on the path through which current flows immediately after the start of forward energization,
A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device.
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