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JP2017112161A - Semiconductor device - Google Patents

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JP2017112161A
JP2017112161A JP2015243802A JP2015243802A JP2017112161A JP 2017112161 A JP2017112161 A JP 2017112161A JP 2015243802 A JP2015243802 A JP 2015243802A JP 2015243802 A JP2015243802 A JP 2015243802A JP 2017112161 A JP2017112161 A JP 2017112161A
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和也 小西
Kazuya Konishi
和也 小西
勝俊 菅原
Katsutoshi Sugawara
勝俊 菅原
泰宏 香川
Yasuhiro Kagawa
泰宏 香川
洪平 海老原
Kohei Ebihara
洪平 海老原
丈晴 黒岩
Takeharu Kuroiwa
丈晴 黒岩
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Abstract

【課題】トレンチ底部の電界強度を緩和しつつオン抵抗を低減するトレンチゲート型の半導体装置を提供する。
【解決手段】トレンチ6Aの下方におけるN−型ドリフト層2に形成され、ソース電極11と電気的に接続されたP型の保護拡散層を備える。保護拡散層は、複数の保護拡散層9Aと、保護拡散層9Aより厚みの小さい複数の保護拡散層9B1とを備える。保護拡散層9A及び保護拡散層9B1は、互いに接触し、かつトレンチ6Aの長さ方向に沿って交互に配置される。保護拡散層の少なくともいずれかはソース電極11と電気的に接続される。
【選択図】図1
A trench gate type semiconductor device that reduces on-resistance while relaxing electric field strength at the bottom of a trench.
A P-type protective diffusion layer formed in an N − -type drift layer 2 below a trench 6A and electrically connected to a source electrode 11 is provided. The protective diffusion layer includes a plurality of protective diffusion layers 9A and a plurality of protective diffusion layers 9B1 having a thickness smaller than that of the protective diffusion layer 9A. The protective diffusion layers 9A and the protective diffusion layers 9B1 are in contact with each other and are alternately arranged along the length direction of the trench 6A. At least one of the protective diffusion layers is electrically connected to the source electrode 11.
[Selection] Figure 1

Description

この発明は、半導体装置のトレンチゲート底部における電界集中緩和及びオン抵抗の低減に関する。   The present invention relates to electric field concentration relaxation and on-resistance reduction at the bottom of a trench gate of a semiconductor device.

エアコン又は冷蔵庫などの家電機器、鉄道のインバータ、産業用ロボットのモーター制御装置等では、省電力化及び小型化が進んでおり、そのためスイッチング素子にIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)等の絶縁ゲート型半導体装置が広く使用されている。   Electric appliances such as air conditioners or refrigerators, railway inverters, motor control devices for industrial robots, and the like are becoming more power-saving and miniaturized. Therefore, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) and MOSFETs (Metal Oxide Semiconductors) are used as switching elements. Insulated gate type semiconductor devices such as Field Effect Transistor) are widely used.

近年では、更に高耐圧及び低損失を実現できる半導体材料として、炭化珪素(SiC)等のワイドバンドギャップ半導体が注目されており、上記製品への実用化が進んでいる。   In recent years, wide band gap semiconductors such as silicon carbide (SiC) have attracted attention as semiconductor materials that can achieve higher breakdown voltage and lower loss, and are being put to practical use in the above products.

SiCはシリコンに比べ絶縁破壊電界が約一桁高いため、高電界を維持できる反面、周辺に存在する絶縁酸化膜にも同様に高電界が印加されてしまう。そのため、SiCが絶縁破壊に至るより低い電圧で先に絶縁酸化膜が絶縁破壊してしまい、素子が破壊されるという問題があった。そして、これはSiC以外のワイドバンドギャップ半導体に関しても生じ得る問題である。   SiC has a dielectric breakdown electric field about an order of magnitude higher than that of silicon, so that a high electric field can be maintained, but a high electric field is similarly applied to an insulating oxide film present in the periphery. Therefore, there is a problem that the insulating oxide film first breaks down at a lower voltage than SiC causes dielectric breakdown, and the element is broken. This is a problem that may also occur with wide band gap semiconductors other than SiC.

特に、ゲート電極が半導体層に埋め込み形成されたトレンチゲート型(トレンチ型)のMOSFETでは、セルの微細化によりチャネル幅密度を向上させ、JFET抵抗低減によりオン抵抗(Ron)を低くすることが可能となるが、構造上トレンチ底部に電界が集中し易く酸化膜電界強度(Eox)が増大する。   In particular, in a trench gate type (trench type) MOSFET in which a gate electrode is embedded in a semiconductor layer, it is possible to improve channel width density by miniaturizing a cell and to lower on-resistance (Ron) by reducing JFET resistance. However, due to the structure, the electric field tends to concentrate on the bottom of the trench, and the oxide film electric field strength (Eox) increases.

酸化膜電界強度を緩和する方法として、トレンチ底部に保護拡散層を形成することが考えられる。この保護拡散層は、MOSFETのオフ時にN型ドリフト層の空乏化を促進すると共に、ゲート電極のトレンチ底部への電界集中を緩和する働きをする。しかし、保護拡散層から伸びる空乏層によってJFET抵抗も増大するため、オン抵抗の低下と酸化膜電界強度の低下はトレードオフの関係にあった。   As a method for reducing the electric field strength of the oxide film, it is conceivable to form a protective diffusion layer at the bottom of the trench. This protective diffusion layer functions to promote depletion of the N-type drift layer when the MOSFET is turned off and to reduce electric field concentration on the trench bottom of the gate electrode. However, since the JFET resistance is increased by the depletion layer extending from the protective diffusion layer, the decrease in the on-resistance and the decrease in the oxide film electric field strength have a trade-off relationship.

このような問題に対して、特許文献1,2では、トレンチゲート型MOSFETにおいて、N型ドリフト層内のトレンチ底部に選択的にP型保護拡散層を設けることが提案されている。これによれば、ゲートがオフ状態のときに保護拡散層から空乏層が伸び、トレンチ底部の絶縁膜を保護する。一方、ゲートがオン状態のとき、保護拡散層が形成されていない部分は保護拡散層が形成されている部分に比べ空乏層の伸びが僅かであるため、低抵抗な電流経路となる。このように、トレンチ底部に選択的に保護拡散層を形成することにより、一様に保護拡散を形成した場合に比べてオン抵抗と酸化膜電界強度のトレードオフが改善する。   With respect to such a problem, Patent Documents 1 and 2 propose that a P-type protective diffusion layer is selectively provided at the bottom of a trench in an N-type drift layer in a trench gate type MOSFET. According to this, the depletion layer extends from the protective diffusion layer when the gate is in the off state, and protects the insulating film at the bottom of the trench. On the other hand, when the gate is in the on state, the portion where the protective diffusion layer is not formed has a small extension of the depletion layer compared to the portion where the protective diffusion layer is formed. Thus, by selectively forming the protective diffusion layer at the bottom of the trench, the trade-off between the on-resistance and the oxide film electric field strength is improved as compared with the case where the protective diffusion is uniformly formed.

また、特許文献1,2では、保護拡散層をベース層と電気的に接続させて、保護拡散層の電位をソース電極に固定することにより、トレンチ底部の電界集中の更なる緩和を行っている。   In Patent Documents 1 and 2, the protective diffusion layer is electrically connected to the base layer, and the potential of the protective diffusion layer is fixed to the source electrode, thereby further reducing the electric field concentration at the bottom of the trench. .

特開2011−253837号公報JP 2011-253837 A 特表2008−516451号公報Special table 2008-516451 gazette

特許文献1,2では、トレンチ底部に選択的に形成したp型保護拡散層の電位をソース電極に固定するため、トレンチ側壁にp型ベース層とp型保護拡散層を繋げるp型保護接続層が多く形成されている。このp型保護接続層はオン動作時において電流経路を狭くするため、オン抵抗を低くするためには最小限に形成する必要がある。しかし、特許文献1、2では全てのp型保護拡散層に対してp型保護接続層が設けられるため、低抵抗な電流経路を形成できる範囲が狭く、十分にオン抵抗を低減することができないという問題があった。   In Patent Documents 1 and 2, a p-type protective connection layer that connects the p-type base layer and the p-type protective diffusion layer to the trench sidewall in order to fix the potential of the p-type protective diffusion layer selectively formed at the bottom of the trench to the source electrode. Many are formed. Since the p-type protective connection layer narrows the current path during the ON operation, it is necessary to form the p-type protective connection layer to the minimum in order to reduce the ON resistance. However, in Patent Documents 1 and 2, since the p-type protective connection layer is provided for all the p-type protective diffusion layers, the range in which a low-resistance current path can be formed is narrow, and the on-resistance cannot be sufficiently reduced. There was a problem.

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、トレンチゲート型の半導体装置において、トレンチ底部の電界強度を緩和しつつオン抵抗を低減することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to reduce on-resistance while reducing the electric field strength at the bottom of a trench in a trench gate type semiconductor device.

本発明の第1の半導体装置は、第1導電型のドリフト層と、ドリフト層の表層に部分的に形成される第2導電型のウェル領域と、ウェル領域の表層に部分的に形成される第1導電型の不純物領域と、不純物領域の表層からウェル領域を貫通してドリフト層内部に至る第1トレンチ内に、絶縁膜を介して形成される第1電極と、ウェル領域及び不純物領域と電気的に接続される第2電極と、第1トレンチ底部の下方におけるドリフト層に形成され、第2電極と電気的に接続された第2導電型の保護拡散層と、を備え、保護拡散層は、第1保護拡散層と、第1保護拡散層より厚みの小さい第2保護拡散層とを備え、第1保護拡散層及び第2保護拡散層は、互いに接触し、かつトレンチの長さ方向に沿って交互に配置されることを特徴とする。   The first semiconductor device of the present invention is formed partially on the first conductivity type drift layer, the second conductivity type well region partially formed on the surface layer of the drift layer, and on the surface layer of the well region. A first conductivity type impurity region; a first electrode formed through an insulating film in a first trench extending from the surface layer of the impurity region through the well region and into the drift layer; and the well region and the impurity region; A protective diffusion layer comprising: a second electrode that is electrically connected; and a protective diffusion layer of a second conductivity type that is formed in the drift layer below the bottom of the first trench and is electrically connected to the second electrode. Comprises a first protective diffusion layer and a second protective diffusion layer having a thickness smaller than that of the first protective diffusion layer, the first protective diffusion layer and the second protective diffusion layer being in contact with each other and in the length direction of the trench. It is characterized by being alternately arranged along.

本発明の第2の半導体装置は、第1導電型のドリフト層と、ドリフト層の表層に部分的に形成された第2導電型のウェル領域と、ウェル領域の表層に部分的に形成された第1導電型の不純物領域と、不純物領域の表層からウェル領域を貫通してドリフト層内部に至る第1トレンチ内に、絶縁膜を介して形成された第1電極と、ウェル領域及び不純物領域と電気的に接続された第2電極と、第1トレンチ底部の下方におけるドリフト層に形成され、第2電極と電気的に接続された第2導電型の保護拡散層と、を備え、保護拡散層は、第1保護拡散層と、第1保護拡散層より不純物濃度の低い第2保護拡散層とを備え、第1保護拡散層及び第2保護拡散層は、互いに接触し、かつ第1トレンチの長さ方向に沿って交互に配置されることを特徴とする。   The second semiconductor device of the present invention is formed in the first conductivity type drift layer, the second conductivity type well region partially formed in the surface layer of the drift layer, and partially formed in the surface layer of the well region. A first conductivity type impurity region; a first electrode formed through an insulating film in a first trench extending from a surface layer of the impurity region through the well region and into the drift layer; and the well region and the impurity region; A protective diffusion layer comprising: a second electrode electrically connected; and a protective diffusion layer of a second conductivity type formed in the drift layer below the bottom of the first trench and electrically connected to the second electrode. Comprises a first protective diffusion layer and a second protective diffusion layer having an impurity concentration lower than that of the first protective diffusion layer, the first protective diffusion layer and the second protective diffusion layer being in contact with each other and of the first trench. It is characterized by being alternately arranged along the length direction. .

本発明の第3の半導体装置は、第1導電型のドリフト層と、ドリフト層の表層に部分的に形成された第2導電型のウェル領域と、ウェル領域の表層に部分的に形成された第1導電型の不純物領域と、不純物領域の表層からウェル領域を貫通してドリフト層内部に至る第1トレンチ内に、絶縁膜を介して形成された第1電極と、ウェル領域及び不純物領域と電気的に接続された第2電極と、第1トレンチ底部の下方におけるドリフト層に形成され、第2電極と電気的に接続された第2導電型の保護拡散層と、を備え、保護拡散層は、第1保護拡散層と第2保護拡散層とを備え、第1保護拡散層からドリフト層へ伸びる空乏層の幅は、第2保護拡散層から前記ドリフト層へ伸びる空乏層の幅よりも大きいことを特徴とする。   The third semiconductor device of the present invention is formed in the first conductivity type drift layer, the second conductivity type well region partially formed in the surface layer of the drift layer, and partially formed in the surface layer of the well region. A first conductivity type impurity region; a first electrode formed through an insulating film in a first trench extending from a surface layer of the impurity region through the well region and into the drift layer; and the well region and the impurity region; A protective diffusion layer comprising: a second electrode electrically connected; and a protective diffusion layer of a second conductivity type formed in the drift layer below the bottom of the first trench and electrically connected to the second electrode. Comprises a first protective diffusion layer and a second protective diffusion layer, and the width of the depletion layer extending from the first protective diffusion layer to the drift layer is larger than the width of the depletion layer extending from the second protective diffusion layer to the drift layer. It is large.

本発明の第1の半導体装置において、保護拡散層は、第1保護拡散層と、第1保護拡散層より厚みの小さい第2保護拡散層とを備え、第1保護拡散層及び第2保護拡散層は、互いに接触し、かつトレンチの長さ方向に沿って交互に配置され、保護拡散層は、第2電極と電気的に接続される。従って、保護拡散層は、トレンチの長さ方向に沿って交互に配置された第1保護拡散層及び第2保護拡散層のうちの少なくともどこかの場所で第2電極と電気的に接続されれば、その全体が第2電極と電気的に接続される。そのため、第2電極と保護拡散層を電気的に接続するための構成を少なくすることが出来る。また、第2保護拡散層の厚みが小さいため、ドリフト層に広がる空乏層の幅は第1保護拡散層のそれに比べて小さく、第2保護拡散層によるオン抵抗の増大が少なくなる。従って、保護拡散層を設けることによるオン抵抗の増大を抑制し、オン抵抗の低減と酸化膜電界強度の緩和とを両立することが出来る。   In the first semiconductor device of the present invention, the protective diffusion layer includes a first protective diffusion layer and a second protective diffusion layer having a thickness smaller than that of the first protective diffusion layer, and the first protective diffusion layer and the second protective diffusion layer. The layers are in contact with each other and are alternately arranged along the length of the trench, and the protective diffusion layer is electrically connected to the second electrode. Therefore, the protective diffusion layer is electrically connected to the second electrode in at least some place of the first protective diffusion layer and the second protective diffusion layer that are alternately arranged along the length direction of the trench. In this case, the entirety is electrically connected to the second electrode. For this reason, the configuration for electrically connecting the second electrode and the protective diffusion layer can be reduced. Further, since the thickness of the second protective diffusion layer is small, the width of the depletion layer extending in the drift layer is smaller than that of the first protective diffusion layer, and the increase in on-resistance due to the second protective diffusion layer is reduced. Therefore, an increase in on-resistance due to the provision of the protective diffusion layer can be suppressed, and both reduction in on-resistance and relaxation of the oxide film electric field strength can be achieved.

本発明の第2の半導体装置において、保護拡散層は、第1保護拡散層と、第1保護拡散層より不純物濃度の低い第2保護拡散層とを備え、第1保護拡散層及び第2保護拡散層は、互いに接触し、かつ第1トレンチの長さ方向に沿って交互に配置され、保護拡散層は、前記第2電極と電気的に接続される。従って、保護拡散層は、トレンチの長さ方向に沿って交互に配置された第1保護拡散層及び第2保護拡散層のうちの少なくともどこかの場所で第2電極と電気的に接続されれば、その全体が第2電極と電気的に接続される。そのため、第2電極と保護拡散層を電気的に接続するための構成を少なくすることが出来る。また、第2保護拡散層の不純物濃度が小さいため、ドリフト層に広がる空乏層の幅は第1保護拡散層のそれに比べて小さく、第2保護拡散層によるオン抵抗の増大が少なくなる。従って、保護拡散層を設けることによるオン抵抗の増大を抑制し、オン抵抗の低減と酸化膜電界強度の緩和とを両立することが出来る。   In the second semiconductor device of the present invention, the protective diffusion layer includes a first protective diffusion layer and a second protective diffusion layer having an impurity concentration lower than that of the first protective diffusion layer, and the first protective diffusion layer and the second protective diffusion layer. The diffusion layers are in contact with each other and are alternately arranged along the length direction of the first trench, and the protective diffusion layer is electrically connected to the second electrode. Therefore, the protective diffusion layer is electrically connected to the second electrode in at least some place of the first protective diffusion layer and the second protective diffusion layer that are alternately arranged along the length direction of the trench. In this case, the entirety is electrically connected to the second electrode. For this reason, the configuration for electrically connecting the second electrode and the protective diffusion layer can be reduced. Further, since the impurity concentration of the second protective diffusion layer is small, the width of the depletion layer extending in the drift layer is smaller than that of the first protective diffusion layer, and the increase in on-resistance due to the second protective diffusion layer is reduced. Therefore, an increase in on-resistance due to the provision of the protective diffusion layer can be suppressed, and both reduction in on-resistance and relaxation of the oxide film electric field strength can be achieved.

本発明の第2の半導体装置において、保護拡散層は第1保護拡散層と第2保護拡散層とを備え、第1保護拡散層及び第2保護拡散層は、互いに接触し、かつ第1トレンチの長さ方向に沿って交互に配置され、第1保護拡散層からドリフト層へ伸びる空乏層の幅は、第2保護拡散層からドリフト層へ伸びる空乏層の幅よりも大きい。従って、保護拡散層は、トレンチの長さ方向に沿って交互に配置された第1保護拡散層及び第2保護拡散層のうちの少なくともどこかの場所で第2電極と電気的に接続されれば、その全体が第2電極と電気的に接続される。そのため、第2電極と保護拡散層を電気的に接続するための構成を少なくすることが出来る。また、第1保護拡散層からドリフト層へ伸びる空乏層の幅は、第2保護拡散層からドリフト層へ伸びる空乏層の幅よりも大きいため、第2保護拡散層によるオン抵抗の増大が少なくなる。従って、保護拡散層を設けることによるオン抵抗の増大を抑制し、オン抵抗の低減と酸化膜電界強度の緩和とを両立することが出来る。   In the second semiconductor device of the present invention, the protective diffusion layer includes a first protective diffusion layer and a second protective diffusion layer, the first protective diffusion layer and the second protective diffusion layer are in contact with each other, and the first trench. The widths of the depletion layers alternately arranged along the length direction and extending from the first protective diffusion layer to the drift layer are larger than the widths of the depletion layers extending from the second protective diffusion layer to the drift layer. Therefore, the protective diffusion layer is electrically connected to the second electrode in at least some place of the first protective diffusion layer and the second protective diffusion layer that are alternately arranged along the length direction of the trench. In this case, the entirety is electrically connected to the second electrode. For this reason, the configuration for electrically connecting the second electrode and the protective diffusion layer can be reduced. Further, since the width of the depletion layer extending from the first protective diffusion layer to the drift layer is larger than the width of the depletion layer extending from the second protective diffusion layer to the drift layer, an increase in on-resistance due to the second protective diffusion layer is reduced. . Therefore, an increase in on-resistance due to the provision of the protective diffusion layer can be suppressed, and both reduction in on-resistance and relaxation of the oxide film electric field strength can be achieved.

実施の形態1に係る半導体装置の斜視図である。1 is a perspective view of a semiconductor device according to a first embodiment. 実施の形態1に係る半導体装置の断面図である。1 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a first embodiment. 実施の形態1に係る半導体装置の平面図である。1 is a plan view of a semiconductor device according to a first embodiment. 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。7 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。7 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。7 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。7 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係る半導体装置の製造工程を示す断面図である。7 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1の変形例に係る半導体装置の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a modification of the first embodiment. 実施の形態1の変形例に係る半導体装置の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a modification of the first embodiment. 実施の形態1の変形例に係る半導体装置の断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a modification of the first embodiment. 実施の形態1の変形例に係る半導体装置の平面図である。FIG. 10 is a plan view of a semiconductor device according to a modification of the first embodiment. 実施の形態1の変形例に係る半導体装置の平面図である。FIG. 10 is a plan view of a semiconductor device according to a modification of the first embodiment. 実施の形態1の変形例に係る半導体装置の平面図である。FIG. 10 is a plan view of a semiconductor device according to a modification of the first embodiment. 実施の形態1の変形例に係る半導体装置の平面図である。FIG. 10 is a plan view of a semiconductor device according to a modification of the first embodiment. 実施の形態1の変形例に係る半導体装置の平面図である。FIG. 10 is a plan view of a semiconductor device according to a modification of the first embodiment. 実施の形態1の変形例に係る半導体装置の平面図及び断面図である。FIG. 6 is a plan view and a cross-sectional view of a semiconductor device according to a modification of the first embodiment. 実施の形態1の変形例に係る半導体装置の平面図である。FIG. 10 is a plan view of a semiconductor device according to a modification of the first embodiment. 実施の形態2に係る半導体装置の平面図及び断面図である。FIG. 6 is a plan view and a cross-sectional view of a semiconductor device according to a second embodiment. 実施の形態3に係る半導体装置の平面図及び断面図である。FIG. 6 is a plan view and a cross-sectional view of a semiconductor device according to a third embodiment.

本明細書では、第1導電型をN型、第2導電型をP型として説明するが、逆の導電型であっても良い。   In this specification, the first conductivity type is described as N-type, and the second conductivity type is described as P-type. However, the opposite conductivity type may be used.

<A.実施の形態1>
<A−1.構成>
実施の形態1では、本発明の半導体装置の一例として、トレンチゲート型のSiC−MOSFETについて説明する。図1は、実施の形態1に係るSiC−MOSFET101の斜視図であり、図2はSiC−MOSFET101の断面図である。図2(a)は図1のA−A´線に沿った、保護拡散層9Aを含む断面図である。図2(b)は図1のB−B´線に沿った、保護拡散層9B1を含む断面図である。図2(c)は図1のC−C´線に沿った、保護拡散層9A及び保護接続層9Sを含む断面図である。図2(d)は図1のD−D´線に沿った、保護拡散層9A及び9B1を含む断面図である。図3は図1のE−E´線に沿った平面図である。
<A. Embodiment 1>
<A-1. Configuration>
In the first embodiment, a trench gate type SiC-MOSFET will be described as an example of the semiconductor device of the present invention. FIG. 1 is a perspective view of the SiC-MOSFET 101 according to the first embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the SiC-MOSFET 101. FIG. 2A is a cross-sectional view including the protective diffusion layer 9A along the line AA ′ in FIG. FIG. 2B is a cross-sectional view including the protective diffusion layer 9B1 along the line BB ′ in FIG. FIG. 2C is a cross-sectional view including the protective diffusion layer 9A and the protective connection layer 9S along the line CC ′ in FIG. FIG. 2D is a cross-sectional view including the protective diffusion layers 9A and 9B1 along the line DD ′ in FIG. FIG. 3 is a plan view taken along the line EE ′ of FIG.

SiC−MOSFET101は、N+型基板1、N−型ドリフト層2、P型ベース層3、N型ソース層4、P+型コンタクト層5、ゲート絶縁膜7、ゲート電極8、保護拡散層9A,9B1、保護接続層9S、層間絶縁膜10、ソース電極11、ドレイン電極12を備えて構成される。   The SiC-MOSFET 101 includes an N + type substrate 1, an N− type drift layer 2, a P type base layer 3, an N type source layer 4, a P + type contact layer 5, a gate insulating film 7, a gate electrode 8, and protective diffusion layers 9A and 9B1. , A protective connection layer 9S, an interlayer insulating film 10, a source electrode 11, and a drain electrode 12.

N+型基板1には炭化珪素(SiC)基板を用いる。N+型基板1上にN+型基板1よりも低不純物濃度のN−型ドリフト層2を形成し、N−型ドリフト層2の表層にP型ベース層3(ウェル領域)を形成し、P型ベース層3の表層にN+型ソース層4(不純物領域)とP+型コンタクト層5とを部分的に形成する。なお、本明細書で「表層」という語は、対象物の上面における表層という意味で用いる。   A silicon carbide (SiC) substrate is used for the N + type substrate 1. An N− type drift layer 2 having a lower impurity concentration than that of the N + type substrate 1 is formed on the N + type substrate 1, and a P type base layer 3 (well region) is formed on the surface layer of the N− type drift layer 2. An N + type source layer 4 (impurity region) and a P + type contact layer 5 are partially formed on the surface layer of the base layer 3. In this specification, the term “surface layer” is used to mean the surface layer on the upper surface of the object.

また、N+型ソース層4の上面からP型ベース層3を貫通してN−型ドリフト層2内に至るトレンチ6A(第1トレンチ)を形成し、トレンチ6Aの内壁にゲート絶縁膜7を形成し、ゲート絶縁膜7上にゲート電極8(第1電極)を形成する。さらに、P型ベース層3、N+型ソース層4及びP+型コンタクト層5に電気的に接続するソース電極11(第2電極)を形成し、ソース電極11とゲート電極8との間に層間絶縁膜10を形成し、N+型基板1の下面にドレイン電極12を形成する。   Further, a trench 6A (first trench) extending from the upper surface of the N + type source layer 4 through the P type base layer 3 into the N− type drift layer 2 is formed, and a gate insulating film 7 is formed on the inner wall of the trench 6A. Then, the gate electrode 8 (first electrode) is formed on the gate insulating film 7. Further, a source electrode 11 (second electrode) electrically connected to the P-type base layer 3, the N + -type source layer 4 and the P + -type contact layer 5 is formed, and interlayer insulation is provided between the source electrode 11 and the gate electrode 8. A film 10 is formed, and a drain electrode 12 is formed on the lower surface of the N + type substrate 1.

トレンチ6A底部に接するN−型ドリフト層2の領域には、トレンチ6Aの長さ方向に沿って予め定められた間隔でP型の保護拡散層9A(第1保護拡散層)が形成され、保護拡散層9Aの間に保護拡散層9Aよりも厚みの小さいP型の保護拡散層9B1(第2保護拡散層)が形成される。保護拡散層9B1は保護拡散層9Aの隙間を埋めるように保護拡散層9Aと接して設けられるため、離散的に形成される複数の保護拡散層9Aは保護拡散層9B1によって電気的に接続される。   In the region of the N − type drift layer 2 in contact with the bottom of the trench 6A, a P-type protective diffusion layer 9A (first protective diffusion layer) is formed at a predetermined interval along the length direction of the trench 6A. A P-type protective diffusion layer 9B1 (second protective diffusion layer) having a thickness smaller than that of the protective diffusion layer 9A is formed between the diffusion layers 9A. Since the protective diffusion layer 9B1 is provided in contact with the protective diffusion layer 9A so as to fill the gap between the protective diffusion layers 9A, the plurality of discrete protective diffusion layers 9A are electrically connected by the protective diffusion layer 9B1. .

また、トレンチ6A側壁部のN−型ドリフト層2にP型の保護接続層9Sを形成する(図2(c))。保護接続層9Sは保護拡散層9AとP型ベース層3の両者に接して形成されるため、保護拡散層9Aは保護接続層9Sを介してP型ベース層3と電気的に接続される。なお、図2(c)では保護接続層9Sを保護拡散層9Aに接して形成しているが、保護拡散層9B1に接して形成し、保護拡散層9B1とP型ベース層3とを電気的に接続しても良い。上述のとおり保護拡散層9Aと保護拡散層9B1とは電気的に接続されているため、保護拡散層9A及び保護拡散層9B1の少なくともいずれかとP型ベース層3とに接して保護接続層9Sが形成されれば、保護拡散層9A,9B1の全てとP型ベース層3とを電気的に接続することができる。これにより、保護拡散層9A及び保護拡散層9B1の電位がソース電極11の電位に固定されるため、トレンチ6A底部におけるゲート絶縁膜7の電界強度を緩和することができる。   Also, a P-type protective connection layer 9S is formed on the N − -type drift layer 2 on the side wall of the trench 6A (FIG. 2C). Since the protective connection layer 9S is formed in contact with both the protective diffusion layer 9A and the P-type base layer 3, the protective diffusion layer 9A is electrically connected to the P-type base layer 3 through the protective connection layer 9S. In FIG. 2C, the protective connection layer 9S is formed in contact with the protective diffusion layer 9A, but is formed in contact with the protective diffusion layer 9B1, and the protective diffusion layer 9B1 and the P-type base layer 3 are electrically connected. You may connect to. Since the protective diffusion layer 9A and the protective diffusion layer 9B1 are electrically connected as described above, the protective connection layer 9S is in contact with at least one of the protective diffusion layer 9A and the protective diffusion layer 9B1 and the P-type base layer 3. If formed, all of the protective diffusion layers 9A and 9B1 and the P-type base layer 3 can be electrically connected. Thereby, since the potentials of the protective diffusion layer 9A and the protective diffusion layer 9B1 are fixed to the potential of the source electrode 11, the electric field strength of the gate insulating film 7 at the bottom of the trench 6A can be relaxed.

すなわち、SiC−MOSFET101において、保護拡散層9A及び保護拡散層9B1の少なくともいずれかがソース電極11と電気的に接続される。より具体的には、トレンチ6Aの側面に接してN−型ドリフト層2に設けられる保護接続層9Sが、保護拡散層9A及び保護拡散層9B1の少なくともいずれかとP型ベース層3とに接続することにより、両者を電気的に接続する。   That is, in the SiC-MOSFET 101, at least one of the protective diffusion layer 9A and the protective diffusion layer 9B1 is electrically connected to the source electrode 11. More specifically, the protective connection layer 9S provided in the N − type drift layer 2 in contact with the side surface of the trench 6A is connected to at least one of the protective diffusion layer 9A and the protective diffusion layer 9B1 and the P-type base layer 3. Thus, the two are electrically connected.

<A−2.作用>
次に、SiC−MOSFET101の作用を説明する。
<A-2. Action>
Next, the operation of the SiC-MOSFET 101 will be described.

図2(a)に示すように、保護拡散層9Aを含む断面では、オフ時において保護拡散層9Aから空乏層が拡大し、ゲート絶縁膜7を絶縁破壊から保護する。   As shown in FIG. 2A, in the cross section including the protective diffusion layer 9A, the depletion layer expands from the protective diffusion layer 9A when off, and the gate insulating film 7 is protected from dielectric breakdown.

図2(b)に示すように、保護拡散層9B1を含む断面では、保護拡散層9Aを含む断面に比べて低抵抗な電流経路が形成される。なぜならば、保護拡散層9B1は保護拡散層9Aよりも厚みが小さいため、保護拡散層9B1と保護拡散層9Aの不純物濃度が同じである場合は、pn界面からN−型ドリフト層2側への空乏層の伸びは同じであるが、しかしながら形成深さの違いから、保護拡散層9B1の方がトレンチ底部及び側壁からの空乏層幅が短くなるためである。この効果を奏するために、保護拡散層9B1の厚みは保護拡散層9Aの半分以下であることが望ましい。   As shown in FIG. 2B, a current path having a lower resistance is formed in the cross section including the protective diffusion layer 9B1 than in the cross section including the protective diffusion layer 9A. This is because the protective diffusion layer 9B1 is smaller in thickness than the protective diffusion layer 9A, and therefore, when the impurity concentration of the protective diffusion layer 9B1 and the protective diffusion layer 9A is the same, the pn interface leads to the N− type drift layer 2 side. This is because the extension of the depletion layer is the same, but the width of the depletion layer from the bottom and side walls of the trench is shorter in the protective diffusion layer 9B1 due to the difference in formation depth. In order to achieve this effect, it is desirable that the thickness of the protective diffusion layer 9B1 is not more than half that of the protective diffusion layer 9A.

図2(c)に示すように、保護接続層9Sを含む断面では、保護拡散層9Aが保護接続層9SによりP型ベース層3に接続されるため、保護拡散層9A及び保護拡散層9B1がソース電位に固定される。従って、トレンチ6A底部の電界集中が緩和される。   As shown in FIG. 2C, in the cross section including the protective connection layer 9S, the protective diffusion layer 9A is connected to the P-type base layer 3 by the protective connection layer 9S. Therefore, the protective diffusion layer 9A and the protective diffusion layer 9B1 are Fixed to the source potential. Therefore, the electric field concentration at the bottom of the trench 6A is alleviated.

図2(d)に示すように、保護拡散層9A及び保護拡散層9Bを含む断面では、オフ時において保護拡散層9Aから空乏層が拡大すると共に、保護拡散層9Bからも空乏層が拡大する。保護拡散層9Bから拡大する空乏層の幅は保護拡散層9Aからのそれに比べて小さいが、それぞれの空乏層が重なり合うことによって十分な絶縁破壊電界を確保できる。   As shown in FIG. 2D, in the cross section including the protective diffusion layer 9A and the protective diffusion layer 9B, the depletion layer expands from the protective diffusion layer 9A and the depletion layer also expands from the protective diffusion layer 9B when off. . Although the width of the depletion layer expanding from the protective diffusion layer 9B is smaller than that from the protective diffusion layer 9A, a sufficient dielectric breakdown electric field can be secured by overlapping each depletion layer.

図3に示すように、離散的に形成された複数の保護拡散層9Aは保護拡散層9Bにより電気的に接続される。また、保護拡散層9A,9Bは、トレンチ6A側壁部に部分的に形成された保護接続層9Sを介してソース電極と接続する。従って、保護拡散層9A,9Bをソース電位に固定するための保護接続層9Sの形成を最小限にすることができ、電流経路を大きく確保することができる。例えば図3では、3つの保護拡散層9Aのうち1つに対して保護接続層9Sを形成しているため、全ての保護拡散層9Aに対して保護接続層9Sを設ける場合に比べて1/3程度に保護接続層9Sを減らすことができ、オン抵抗を低減できる。   As shown in FIG. 3, the plurality of protective diffusion layers 9A formed discretely are electrically connected by a protective diffusion layer 9B. Further, the protective diffusion layers 9A and 9B are connected to the source electrode through the protective connection layer 9S partially formed on the side wall of the trench 6A. Therefore, the formation of the protective connection layer 9S for fixing the protective diffusion layers 9A and 9B to the source potential can be minimized, and a large current path can be secured. For example, in FIG. 3, since the protective connection layer 9S is formed for one of the three protective diffusion layers 9A, the protective connection layer 9S is 1/9 compared to the case where the protective connection layers 9S are provided for all the protective diffusion layers 9A. The protective connection layer 9S can be reduced to about 3, and the on-resistance can be reduced.

<A−3.製造工程>
図4から図8に沿って、SiC−MOSFET101の製造方法を説明する。なお、図4(a)、図4(b)、図4(c)は、それぞれ図2(a)、図2(b)、図2(c)に示す断面を製造する過程の断面図であり、図5、図6、図7についても同様である。
<A-3. Manufacturing process>
A method for manufacturing SiC-MOSFET 101 will be described with reference to FIGS. 4 (a), 4 (b), and 4 (c) are cross-sectional views in the process of manufacturing the cross section shown in FIGS. The same applies to FIGS. 5, 6, and 7.

まず、N+型基板1を用意し、その上にN−型ドリフト層2をエピタキシャル成長させる。N−型ドリフト層2の不純物濃度は1×1015cm−3以上1×1017cm−3以下とし、その厚みは5μm以上50μm以下とした。 First, an N + type substrate 1 is prepared, and an N− type drift layer 2 is epitaxially grown thereon. The impurity concentration of the N − type drift layer 2 is 1 × 10 15 cm −3 or more and 1 × 10 17 cm −3 or less, and the thickness is 5 μm or more and 50 μm or less.

次に、N−型ドリフト層2の表層に予め定めたドーパントをイオン注入することにより、P型ベース層3およびN+型ソース層4を形成する。ここではP型不純物であるアルミニウム(Al)のイオン注入によりP型ベース層3を形成する。Alのイオン注入の深さは、N−型ドリフト層2の厚さを超えない範囲で、0.5μm以上3μm以下程度とする。注入するAlの不純物濃度は、N−型ドリフト層2のN型不純物濃度より高くする。このときAlの注入深さよりも深い領域がN−型ドリフト層2として残る。なお、P型ベース層3はエピタキシャル成長によって形成してもよい。その場合もP型ベース層3の不純物濃度および厚さは、イオン注入によって形成する場合と同等とする。   Next, a P-type base layer 3 and an N + type source layer 4 are formed by ion-implanting a predetermined dopant into the surface layer of the N − type drift layer 2. Here, the P-type base layer 3 is formed by ion implantation of aluminum (Al) which is a P-type impurity. The depth of ion implantation of Al is not less than the thickness of the N − -type drift layer 2 and is about 0.5 μm or more and 3 μm or less. The impurity concentration of Al to be implanted is higher than the N-type impurity concentration of the N − -type drift layer 2. At this time, a region deeper than the Al implantation depth remains as the N − -type drift layer 2. Note that the P-type base layer 3 may be formed by epitaxial growth. Also in this case, the impurity concentration and thickness of the P-type base layer 3 are equivalent to those formed by ion implantation.

N+型ソース層4は、N型不純物である窒素(N)をP型ベース層3の表面に部分的にイオン注入することにより形成する。これにより、ゲート電極8の形成の際、その両側にN+型ソース層4が配設される。Nのイオン注入深さは、P型ベース層3の厚さより浅くする。注入するNの不純物濃度は、P型ベース層3のP型不純物濃度よりも高くし、1×1018cm−3以上1×1021cm−3以下の範囲とする。 The N + type source layer 4 is formed by partially implanting nitrogen (N), which is an N type impurity, into the surface of the P type base layer 3. Thereby, when the gate electrode 8 is formed, the N + type source layer 4 is disposed on both sides thereof. The ion implantation depth of N is made shallower than the thickness of the P-type base layer 3. The impurity concentration of N to be implanted is higher than the P-type impurity concentration of the P-type base layer 3 and is in the range of 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 21 cm −3 .

P+型コンタクト層5は、P型不純物であるアルミニウム(Al)をP型ベース層3の表面に部分的にイオン注入することにより形成する。アルミニウムのイオン注入深さは、P型ベース層3の厚さより浅くする。注入するアルミニウムの不純物濃度は、P型ベース層3のP型不純物濃度よりも高くし、1×1018cm−3以上1×1021cm−3以下の範囲とする。 The P + type contact layer 5 is formed by partially ion-implanting aluminum (Al), which is a P type impurity, into the surface of the P type base layer 3. The ion implantation depth of aluminum is made shallower than the thickness of the P-type base layer 3. The impurity concentration of aluminum to be implanted is higher than the P-type impurity concentration of the P-type base layer 3 and is in the range of 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 21 cm −3 .

続いて、N−型ドリフト層2の表面にシリコン酸化膜13を1μm以上2μm以下程度堆積し、その上にレジスト材からなるエッチングマスクを形成する。このエッチングマスクは、フォトリソグラフィ技術により、トレンチ6Aの形成領域を開口したパターンに形成する。そして、エッチングマスクをマスクとする反応性イオンエッチング(RIE:REACTIVE ION ETCHING)処理により、シリコン酸化膜13をパターニングする。つまりエッチングマスクのパターンがシリコン酸化膜13に転写される。パターニングされたシリコン酸化膜13は次の工程のエッチングマスクとなる。   Subsequently, a silicon oxide film 13 is deposited on the surface of the N − type drift layer 2 to a thickness of about 1 μm to 2 μm, and an etching mask made of a resist material is formed thereon. This etching mask is formed in a pattern in which the formation region of the trench 6A is opened by photolithography. Then, the silicon oxide film 13 is patterned by a reactive ion etching (RIE: REACTION ION ETCHING) process using the etching mask as a mask. That is, the etching mask pattern is transferred to the silicon oxide film 13. The patterned silicon oxide film 13 becomes an etching mask for the next step.

パターニングされたシリコン酸化膜13をマスクとするRIEにより、N−型ドリフト層2にN+型ソース層4およびP型ベース層3を貫通するトレンチ6Aを形成する(図4)。トレンチ6Aの深さは、P型ベース層3の深さ以上であり、0.5μm以上3μm以下程度とする。   A trench 6A penetrating the N + type source layer 4 and the P type base layer 3 is formed in the N− type drift layer 2 by RIE using the patterned silicon oxide film 13 as a mask (FIG. 4). The depth of the trench 6A is not less than the depth of the P-type base layer 3, and is not less than 0.5 μm and not more than 3 μm.

その後、トレンチ6Aのうちその底部に保護拡散層9Aを形成すべきトレンチ6Aに対して開口したパターンを有する注入マスク14Aを形成する。そして、注入マスク14Aをマスクにしたイオン注入により、トレンチ6Aの底部にP型の保護拡散層9Aを形成する(図5)。ここでは、P型不純物としてAlを用いる。なお、注入マスク14Aの代わりに、トレンチ6Aを形成する際にエッチングマスクとして用いた、パターニングされたシリコン酸化膜13を使用してもよい。これにより、製造工程の簡略化及びコスト削減を図ることができる。   Thereafter, an implantation mask 14A having a pattern opened to the trench 6A where the protective diffusion layer 9A is to be formed is formed at the bottom of the trench 6A. Then, a P-type protective diffusion layer 9A is formed at the bottom of the trench 6A by ion implantation using the implantation mask 14A as a mask (FIG. 5). Here, Al is used as the P-type impurity. Instead of the implantation mask 14A, a patterned silicon oxide film 13 used as an etching mask when forming the trench 6A may be used. Thereby, simplification of a manufacturing process and cost reduction can be aimed at.

その後、注入マスク14Aを除去し、トレンチ6Aのうちその底部に保護拡散層9B1を形成すべきトレンチ6Aに対して開口したパターンを有する注入マスク14Bを形成する。そして、注入マスク14Bをマスクにしたイオン注入により、トレンチ6Aの底部にP型の保護拡散層9B1を形成する(図6)。なお、注入マスク14Bの開口パターンは、保護拡散層9A間を保護拡散層9B1で電気的に接続するレイアウトに対応するパターンで形成すればよく、上記のような選択的に開口したパターンに限定しない。例えば、トレンチ6Aの部分を開口した単純なストライプ状のパターンであってもよい。これにより、トレンチ6Aの長さ方向に対するマスク合わせ位置精度の問題を回避できる。   Thereafter, the implantation mask 14A is removed, and an implantation mask 14B having a pattern opened to the trench 6A where the protective diffusion layer 9B1 is to be formed at the bottom of the trench 6A is formed. Then, a P-type protective diffusion layer 9B1 is formed at the bottom of the trench 6A by ion implantation using the implantation mask 14B as a mask (FIG. 6). The opening pattern of the implantation mask 14B may be formed in a pattern corresponding to the layout in which the protective diffusion layers 9A are electrically connected by the protective diffusion layer 9B1, and is not limited to the selectively opened pattern as described above. . For example, it may be a simple stripe pattern having an opening in the trench 6A. Thereby, the problem of the mask alignment position accuracy with respect to the length direction of the trench 6A can be avoided.

なお、保護拡散層9B1は、シリコン酸化膜13又は注入マスク14Aを用いて保護拡散層9Aを形成する際、同時に形成しても良い。この場合、シリコン酸化膜13又は注入マスク14A越しに保護拡散層9B1が形成できるように、シリコン酸化膜13又は注入マスク14Aの厚さ、エッチング条件及びパターンを調整する必要がある。これにより、マスク枚数を削減して製造コストを低減することができる。   The protective diffusion layer 9B1 may be formed simultaneously with the formation of the protective diffusion layer 9A using the silicon oxide film 13 or the implantation mask 14A. In this case, it is necessary to adjust the thickness, etching conditions, and pattern of the silicon oxide film 13 or the implantation mask 14A so that the protective diffusion layer 9B1 can be formed over the silicon oxide film 13 or the implantation mask 14A. Thereby, the number of masks can be reduced and the manufacturing cost can be reduced.

その後、注入マスク14Bを除去し、トレンチ6Aのうちその側面に保護接続層9Sを形成すべきトレンチ6Aに対して開口したパターンを有する注入マスク14Cを形成する。そして、斜めイオン注入により、トレンチ6Aの側壁部にP型の保護接続層9Sを形成する(図7)。   Thereafter, the implantation mask 14B is removed, and an implantation mask 14C having a pattern opened to the trench 6A where the protective connection layer 9S is to be formed on the side surface of the trench 6A is formed. Then, a P-type protective connection layer 9S is formed on the side wall of the trench 6A by oblique ion implantation (FIG. 7).

なお、上記の保護拡散層9A、保護拡散層9B1及び保護接続層9Sは、トレンチ6Aの形成前に、N−型ドリフト層2の表面からトレンチ6Aの底部にあたる深さに高エネルギーでイオン注入することによって形成してもよい。これにより、トレンチ6Aに対してマスクを開口させるという高精度なパターニング条件が不要になるため、写真製版のパターニング精度の条件が緩和される。   The protective diffusion layer 9A, the protective diffusion layer 9B1, and the protective connection layer 9S are ion-implanted with high energy from the surface of the N − type drift layer 2 to the depth corresponding to the bottom of the trench 6A before the trench 6A is formed. May be formed. This eliminates the need for high-precision patterning conditions for opening a mask with respect to the trench 6A, so that the conditions for patterning accuracy of photolithography are relaxed.

次に、注入マスク14Cを除去した後、熱処理装置を用いて、これまでの工程でイオン注入したN及びAlを活性化させるアニールを行う。このアニールは、アルゴン(Ar)ガスなどの不活性ガス雰囲気中で行い、温度は1300℃以上1900℃以下、時間は30秒以上1時間以下とする。   Next, after removing the implantation mask 14C, annealing for activating the N and Al ions implanted in the steps so far is performed using a heat treatment apparatus. This annealing is performed in an inert gas atmosphere such as argon (Ar) gas, and the temperature is set to 1300 ° C. to 1900 ° C. and the time is set to 30 seconds to 1 hour.

そして、トレンチ6A内を含むN−型ドリフト層2の全面にシリコン酸化膜を形成した後、ポリシリコンを減圧CVD法により堆積し、それらをパターニングまたはエッチバックすることにより、トレンチ6A内にゲート絶縁膜7およびゲート電極8を形成する(図8)。ゲート絶縁膜7となるシリコン酸化膜は、N−型ドリフト層2の表面を熱酸化して形成してもよいし、N−型ドリフト層2上に堆積させて形成してもよい。   Then, after a silicon oxide film is formed on the entire surface of the N − type drift layer 2 including the inside of the trench 6A, polysilicon is deposited by a low pressure CVD method and patterned or etched back to thereby provide gate insulation in the trench 6A. A film 7 and a gate electrode 8 are formed (FIG. 8). The silicon oxide film to be the gate insulating film 7 may be formed by thermally oxidizing the surface of the N − type drift layer 2 or may be formed by being deposited on the N − type drift layer 2.

続いて、減圧CVD法により、N−型ドリフト層2の全面に層間絶縁膜10を形成した後、ゲート電極8を覆う箇所を残してパターニングする。さらに、N−型ドリフト層2の全面にAl合金などの電極材を堆積することで、ソース電極11を形成する。最後に、N+型基板1の下面にAl合金等の電極材を堆積してドレイン電極12を形成することにより、図1に示した構成のSiC−MOSFET101が得られる。   Subsequently, after the interlayer insulating film 10 is formed on the entire surface of the N − type drift layer 2 by low pressure CVD, patterning is performed leaving a portion covering the gate electrode 8. Further, the source electrode 11 is formed by depositing an electrode material such as an Al alloy on the entire surface of the N − type drift layer 2. Finally, by depositing an electrode material such as an Al alloy on the lower surface of the N + type substrate 1 to form the drain electrode 12, the SiC-MOSFET 101 having the configuration shown in FIG. 1 is obtained.

<A−4.変形例>
トレンチ6Aの長手方向における保護拡散層9Aの配置間隔、言い換えれば保護拡散層9Bの幅は特に限定しない。図2(d)では、保護拡散層9Aと保護拡散層9B1の幅(図2(d)の紙面左右方向)が同一であるが、図9に示すように保護拡散層9Bの幅を保護拡散層9Aより大きくしても良いし、反対に小さくしても良い。
<A-4. Modification>
The arrangement interval of the protective diffusion layers 9A in the longitudinal direction of the trench 6A, in other words, the width of the protective diffusion layer 9B is not particularly limited. In FIG. 2D, the widths of the protective diffusion layer 9A and the protective diffusion layer 9B1 (the left-right direction in FIG. 2D) are the same, but the width of the protective diffusion layer 9B is protected and diffused as shown in FIG. It may be larger than the layer 9A or may be smaller.

図1,2では、保護拡散層9A及び保護拡散層9Bをトレンチ6Aの直下にのみ形成していたが、電界強度が最も強くなるトレンチ6A底部の角部を守るために、保護拡散層9A及び保護拡散層9Bはトレンチ6Aの直下だけでなくその底部の角を覆うように形成しても良い(図10)。図10では保護拡散層9Aのみ示しているが、保護拡散層9Bについても同様である。   In FIGS. 1 and 2, the protective diffusion layer 9A and the protective diffusion layer 9B are formed only immediately below the trench 6A. However, in order to protect the corner at the bottom of the trench 6A where the electric field strength is strongest, The protective diffusion layer 9B may be formed to cover not only the trench 6A but also the bottom corner (FIG. 10). Although only the protective diffusion layer 9A is shown in FIG. 10, the same applies to the protective diffusion layer 9B.

保護接続層9Sはトレンチ6Aの側面に、その長手方向の全体に亘って形成されるのではなく部分的に形成される。部分的に形成されていれば保護接続層9Sの形成箇所は特に限定しない。例えば、図3では、保護接続層9Sを3つの保護拡散層9Aにつき1つの割合でトレンチ6Aの両側の側面に形成しているが、トレンチ6Aの片側の側面にのみ形成しても良い(図11)。あるいは、保護接続層9Sをある場所ではトレンチ6Aの左側面に形成し、別の場所ではトレンチ6Aの右側面に形成しても良い(図12)。図11,12のように、保護接続層9Sの形成面積を小さくすることによって、保護接続層9Sをトレンチ6Aの両側の側面に形成する場合に比べてオン抵抗を低減することが出来る。また、保護接続層9Sを2つの保護拡散層9Aにつき1つの割合で形成する等、保護接続層9Sの配置間隔を変更しても良い(図13)。保護接続層9Sの配置間隔を短くする場合にはその形成面積が増えるが、保護接続層9Sから伸びる空乏層が占める面積が増加するため、トレンチ6A底部の電界強度をより緩和することが出来る。   The protective connection layer 9S is formed not on the side surface of the trench 6A but on the entire side in the longitudinal direction, rather than the entire length. If it is partially formed, the formation location of the protective connection layer 9S is not particularly limited. For example, in FIG. 3, the protective connection layer 9S is formed on the side surfaces on both sides of the trench 6A at a ratio of one for the three protective diffusion layers 9A, but may be formed only on one side surface of the trench 6A (see FIG. 3). 11). Alternatively, the protective connection layer 9S may be formed on the left side surface of the trench 6A at a certain location, and may be formed on the right side surface of the trench 6A at another location (FIG. 12). As shown in FIGS. 11 and 12, by reducing the formation area of the protective connection layer 9S, the on-resistance can be reduced as compared with the case where the protective connection layer 9S is formed on both side surfaces of the trench 6A. Further, the arrangement interval of the protective connection layers 9S may be changed, for example, by forming the protective connection layers 9S at a ratio of one for each of the two protective diffusion layers 9A (FIG. 13). When the arrangement interval of the protective connection layer 9S is shortened, the formation area increases. However, since the area occupied by the depletion layer extending from the protective connection layer 9S increases, the electric field strength at the bottom of the trench 6A can be further relaxed.

また、保護接続層9Sは、トレンチ6Aの側面周辺にのみ設けるのではなく、トレンチ6Aの側面からその法線方向に延びて、隣り合うトレンチ6A間に亘って設けられ、隣り合うトレンチ6Aの下方に設けられた保護拡散層9A,9B1を接続しても良い(図14)。この場合には、保護接続層9Sをトレンチ6Aの側面周辺にのみ設ける場合に比べて、保護接続層9Sから伸びる空乏層が占める面積が増加するため、トレンチ6A底部の電界強度をより緩和することが出来る。   Further, the protective connection layer 9S is not provided only around the side surface of the trench 6A, but extends in the normal direction from the side surface of the trench 6A and is provided between the adjacent trenches 6A, and below the adjacent trenches 6A. The protective diffusion layers 9A and 9B1 provided on the substrate may be connected (FIG. 14). In this case, since the area occupied by the depletion layer extending from the protective connection layer 9S is increased as compared with the case where the protective connection layer 9S is provided only around the side surface of the trench 6A, the electric field strength at the bottom of the trench 6A is further relaxed. I can do it.

また、図3ではストライプ状に設けられた複数のトレンチ6Aの全てにおいて、その底部に保護拡散層9Aと保護拡散層9B1とが交互に配置される様子を示した。しかし、このような保護拡散層9A及び保護拡散層9B1の交互配置の構成は、必ずしも複数のトレンチ6Aの全てについて設けなくても良い。例えば、図15に示すように、一部のトレンチ6Aについては、その下方に保護拡散層9Aのみが設けられていても良い。このような構成によれば、図3に示す構成よりも保護拡散層9Aの形成面積が増えるため、空乏層が広がりやすく、トレンチ6A底部の電界強度をより緩和することが出来る。あるいは、一部のトレンチ6Aについては、その下方に保護拡散層9B1のみが設けられていても良い。この場合には、図3に示す構成よりも保護拡散層9B1の形成面積が増えるため、空乏層の広がりが小さく電流経路が大きくなるため、よりオン抵抗を低減することができる。   FIG. 3 shows a state in which the protective diffusion layers 9A and the protective diffusion layers 9B1 are alternately arranged at the bottom of all the plurality of trenches 6A provided in a stripe shape. However, such a configuration in which the protective diffusion layers 9A and the protective diffusion layers 9B1 are alternately arranged is not necessarily provided for all of the plurality of trenches 6A. For example, as shown in FIG. 15, only a protective diffusion layer 9 </ b> A may be provided below a part of the trench 6 </ b> A. According to such a configuration, since the formation area of the protective diffusion layer 9A is increased as compared with the configuration shown in FIG. 3, the depletion layer is easy to spread, and the electric field strength at the bottom of the trench 6A can be further relaxed. Or about some trenches 6A, only protective diffusion layer 9B1 may be provided in the downward direction. In this case, since the formation area of the protective diffusion layer 9B1 increases as compared with the configuration shown in FIG. 3, the depletion layer spreads and the current path increases, so that the on-resistance can be further reduced.

また、隣り合う2つのトレンチ6Aの双方について、その底部に保護拡散層9Aと保護拡散層9B1とを交互に配置する場合、その配置ピッチを隣り合うトレンチ6A間でずらしても良い。図16は、そのような変形例に係るSiC−MOSFET101Aの構成図である。図16(a)はN−型ドリフト層2をN+型基板1側からみた平面図であり、図16(b)は図16(a)のA−A´断面図である。このA−A´断面は、トレンチ6Aの側面の法線方向、言い換えればトレンチ6Aの長さ方向に垂直な方向の断面である。   Further, when the protective diffusion layers 9A and the protective diffusion layers 9B1 are alternately arranged at the bottom of both of the two adjacent trenches 6A, the arrangement pitch may be shifted between the adjacent trenches 6A. FIG. 16 is a configuration diagram of an SiC-MOSFET 101A according to such a modification. FIG. 16A is a plan view of the N− type drift layer 2 as viewed from the N + type substrate 1 side, and FIG. 16B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. The AA ′ cross section is a cross section in the direction normal to the side surface of the trench 6A, in other words, the direction perpendicular to the length direction of the trench 6A.

図16(a)に示すようにSiC−MOSFET101Aでは、長さ方向が同一である複数のトレンチ6Aの底部に、それぞれその長さ方向に沿って保護拡散層9A及び保護拡散層9B1が交互に配置される。そして、図16(b)に示すように、保護拡散層9Aが底面に形成されたトレンチ6Aに隣り合うトレンチ6Aの底面には保護拡散層9B1が形成され、さらにその隣のトレンチ6Aの底面には保護拡散層9Aが形成される。このように、A−A´断面では保護拡散層9Aと保護拡散層9B1とが交互に形成される。このことは、保護拡散層9Aの幅と保護拡散層9B1の幅を足したものを1ピッチとすると、隣り合うトレンチ6A間で、保護拡散層9A,9B1の配列を半ピッチ分ずらしているともいえる。但し、ピッチをずらす幅は半ピッチ分には限らない。このように保護拡散層9A,9B1を配列すると、オフ時には空乏層が広がりやすい保護拡散層9Aから隣り合うトレンチ6A底部の空乏層が広がりにくい保護拡散層9B1へ空乏層が広がるため、トレンチ6Aの底部の電界強度をより緩和することが出来る。   As shown in FIG. 16A, in the SiC-MOSFET 101A, the protective diffusion layers 9A and the protective diffusion layers 9B1 are alternately arranged along the length direction at the bottoms of the plurality of trenches 6A having the same length direction. Is done. As shown in FIG. 16B, a protective diffusion layer 9B1 is formed on the bottom surface of the trench 6A adjacent to the trench 6A on which the protective diffusion layer 9A is formed on the bottom surface, and further on the bottom surface of the adjacent trench 6A. A protective diffusion layer 9A is formed. As described above, the protective diffusion layers 9A and the protective diffusion layers 9B1 are alternately formed in the AA ′ cross section. This means that when the width of the protective diffusion layer 9A and the width of the protective diffusion layer 9B1 is one pitch, the arrangement of the protective diffusion layers 9A and 9B1 is shifted by a half pitch between the adjacent trenches 6A. I can say that. However, the width for shifting the pitch is not limited to the half pitch. When the protective diffusion layers 9A and 9B1 are arranged in this manner, the depletion layer spreads from the protective diffusion layer 9A where the depletion layer easily spreads to the protective diffusion layer 9B1 where the bottom of the adjacent trench 6A hardly spreads in the off state. The electric field strength at the bottom can be further relaxed.

また、以上の説明では、複数のトレンチ6Aは長さ方向が同一であってストライプ状に配置されるものとしていた。しかし、トレンチ6Aの配置形状はこれに限らない。例えば図17に示すように、トレンチ6Aは格子状に配置されていても良い。言い換えると、トレンチ6Aは、長さ方向が同一の複数のトレンチ6Aと、これらのトレンチ6Aに対して長さ方向が垂直なトレンチ6Aとを含む。このように、トレンチ6Aを格子状に配置することにより、高チャネル密度化が可能であるため、より低抵抗化できる。また、保護拡散層9A及び保護拡散層9B1の配置密度が大きくなるため、空乏層が重なりやすくトレンチ6A底部の電界強度をより緩和することができる。   In the above description, the plurality of trenches 6A have the same length direction and are arranged in stripes. However, the arrangement shape of the trench 6A is not limited to this. For example, as shown in FIG. 17, the trenches 6A may be arranged in a lattice pattern. In other words, the trench 6A includes a plurality of trenches 6A having the same length direction and trenches 6A having a length direction perpendicular to these trenches 6A. In this manner, by arranging the trenches 6A in a lattice shape, it is possible to increase the channel density, so that the resistance can be further reduced. Further, since the arrangement density of the protective diffusion layer 9A and the protective diffusion layer 9B1 is increased, the depletion layers are easily overlapped, and the electric field strength at the bottom of the trench 6A can be further relaxed.

また、以上の説明ではSiC−MOSFETを例にしたが、SiC以外のワイドバンドギャップ半導体を用いたトレンチ型の半導体装置であっても、オン抵抗の低減とトレンチ底部における絶縁膜の電界強度の緩和とのトレードオフという問題を有するため、本発明を適用可能である。また、MOSFETの他にIGBTにも本発明は適用可能である。   In the above description, the SiC-MOSFET is taken as an example. However, even in a trench type semiconductor device using a wide band gap semiconductor other than SiC, the on-resistance is reduced and the electric field strength of the insulating film at the bottom of the trench is reduced. Therefore, the present invention can be applied. Further, the present invention can be applied to IGBT as well as MOSFET.

本実施の形態に記載の半導体装置は、インバータやコンバータなどの電力変換装置に適用できる。当該電力変換装置は、車載用、電鉄用、産業用又は民生用等の用途で用いられる。   The semiconductor device described in this embodiment can be applied to a power conversion device such as an inverter or a converter. The power converter is used for applications such as in-vehicle use, electric railway use, industrial use, and consumer use.

<B.実施の形態2>
<B−1.構成>
図18は、実施の形態2に係る半導体装置であるSiC−MOSFET102の構成を示す断面図である。図18に示す断面は、実施の形態1に係るSiC−MOSFET101でいえば図1のD−D´断面に対応している。
<B. Second Embodiment>
<B-1. Configuration>
FIG. 18 is a cross-sectional view showing a configuration of SiC-MOSFET 102 that is the semiconductor device according to the second embodiment. The cross section shown in FIG. 18 corresponds to the DD ′ cross section of FIG. 1 in terms of the SiC-MOSFET 101 according to the first embodiment.

SiC−MOSFET101では、保護拡散層9Aと、保護拡散層9Aに比べて厚みが小さく不純物濃度が同等の保護拡散層9B1とが設けられていた。保護拡散層9B1の厚みが保護拡散層9Aより小さい理由は、保護拡散層9B1からN−型ドリフト層2に広がる空乏層の幅を保護拡散層9Aのそれよりも小さくするためである。   In the SiC-MOSFET 101, a protective diffusion layer 9A and a protective diffusion layer 9B1 having a thickness smaller than that of the protective diffusion layer 9A and an equivalent impurity concentration are provided. The reason why the thickness of the protective diffusion layer 9B1 is smaller than that of the protective diffusion layer 9A is to make the width of the depletion layer extending from the protective diffusion layer 9B1 to the N-type drift layer 2 smaller than that of the protective diffusion layer 9A.

これに対してSiC−MOSFET102では、保護拡散層9B1に代えて、保護拡散層9Aに比べて厚みが同等で不純物濃度が小さいP型の保護拡散層9B2を設ける。保護拡散層9B2以外のSiC−MOSFET102の構成は、SiC−MOSFET101と同様である。   On the other hand, in the SiC-MOSFET 102, instead of the protective diffusion layer 9B1, a P-type protective diffusion layer 9B2 having the same thickness and a lower impurity concentration than the protective diffusion layer 9A is provided. The configuration of the SiC-MOSFET 102 other than the protective diffusion layer 9B2 is the same as that of the SiC-MOSFET 101.

保護拡散層の不純物濃度を低くすると、P型の空間電荷が減る分、N−型ドリフト層2側では空乏層幅を短くすることで空間電荷の釣りあいがとれる。つまり保護拡散層9Aに比べて不純物濃度が低い保護拡散層9B2では、N−型ドリフト層2への空乏層の伸びが小さくなるため、低抵抗な電流経路を形成することが出来る。従って、実施の形態1と同様の効果を得ることが出来る。   When the impurity concentration of the protective diffusion layer is lowered, the P-type space charge is reduced, so that the space charge is balanced by reducing the depletion layer width on the N− type drift layer 2 side. That is, in the protective diffusion layer 9B2 having a lower impurity concentration than the protective diffusion layer 9A, since the extension of the depletion layer to the N− type drift layer 2 becomes small, a low-resistance current path can be formed. Therefore, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

本実施の形態では、保護拡散層9B1の不純物濃度を保護拡散層9Aより低くすることによって、空乏層の伸びを小さくしたが、不純物濃度と厚みを両方調整することによって、保護拡散層9Aと保護拡散層9B1の空乏層の伸びを制御し、保護拡散層9B1の空乏層の伸びを小さくすることによっても、本実施の形態の効果が得られる。   In this embodiment, the extension of the depletion layer is reduced by making the impurity concentration of the protective diffusion layer 9B1 lower than that of the protective diffusion layer 9A. However, by adjusting both the impurity concentration and the thickness, the protective diffusion layer 9A and the protection diffusion layer 9B1 are protected. The effect of this embodiment can also be obtained by controlling the extension of the depletion layer of the diffusion layer 9B1 and reducing the extension of the depletion layer of the protective diffusion layer 9B1.

<C.実施の形態3>
<C−1.構成>
図19は、実施の形態3に係る半導体装置であるSiC−MOSFET103の構成図である。図19(a)はN−型ドリフト層2をN+型基板1側からみた平面図であり、図19(b)は図19(a)のA−A´断面図である。このA−A´断面は、トレンチ6Aの側面の法線方向、言い換えればトレンチ6Aの長さ方向に垂直な方向の断面であり、実施の形態1に係るSiC−MOSFET101でいえば図1のB−B´断面、すなわち図2(b)に対応している。
<C. Embodiment 3>
<C-1. Configuration>
FIG. 19 is a configuration diagram of SiC-MOSFET 103 which is a semiconductor device according to the third embodiment. FIG. 19A is a plan view of the N − type drift layer 2 as viewed from the N + type substrate 1 side, and FIG. 19B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. This AA ′ cross section is a cross section in a direction normal to the side surface of the trench 6A, in other words, a direction perpendicular to the length direction of the trench 6A. In the SiC-MOSFET 101 according to the first embodiment, the cross section A in FIG. This corresponds to a cross section taken along the line −B ′, that is, FIG.

SiC−MOSFET103は、SiC−MOSFET101の構成に加えて、P型の保護拡散層9C(第3保護拡散層)を備えている。保護拡散層9Cは、P型ベース層3の下のN−型ドリフト層2に形成され、N−型ドリフト層2を介してトレンチ6Aと対向する。保護拡散層9Cは少なくともトレンチ6A底部と同じ深さに形成されていれば良く、保護拡散層9CからN−型ドリフト層2に広がる空乏層によって、最も電界強度が強くなるトレンチ6A底部の電界強度を緩和することが出来る。   The SiC-MOSFET 103 includes a P-type protective diffusion layer 9 </ b> C (third protective diffusion layer) in addition to the configuration of the SiC-MOSFET 101. The protective diffusion layer 9 </ b> C is formed in the N− type drift layer 2 below the P type base layer 3, and faces the trench 6 </ b> A through the N− type drift layer 2. The protective diffusion layer 9C only needs to be formed at the same depth as the bottom of the trench 6A, and the electric field strength at the bottom of the trench 6A where the electric field strength is strongest by the depletion layer extending from the protective diffusion layer 9C to the N− type drift layer 2. Can be relaxed.

なお、図19(b)では、保護拡散層9Cを保護拡散層9B1より浅い位置に形成しているが、保護拡散層9B1より深い位置にまで形成すれば、トレンチ6A底部の電界強度をより緩和することが出来る。また、図19(b)では、保護拡散層9CをP型ベース層3と接して設けているが、P型ベース層3と接していなくても良い。   In FIG. 19B, the protective diffusion layer 9C is formed at a position shallower than the protective diffusion layer 9B1, but if it is formed at a position deeper than the protective diffusion layer 9B1, the electric field strength at the bottom of the trench 6A is further relaxed. I can do it. In FIG. 19B, the protective diffusion layer 9C is provided in contact with the P-type base layer 3, but may not be in contact with the P-type base layer 3.

とりわけ、保護拡散層9Aにのみ接して保護接続層9Sを設ける場合、保護拡散層9B1が形成されるトレンチ6A底部では保護接続層9Sが設けられないため、保護拡散層9Aが形成されるトレンチ6A底部に比べて電界強度が緩和されない。そこで、保護拡散層9B1が底部に形成されるトレンチ6Aに対向する位置に保護拡散層9Cを設けることにより、当該部分での電界強度を緩和することが出来る。   In particular, when the protective connection layer 9S is provided only in contact with the protective diffusion layer 9A, the protective connection layer 9S is not provided at the bottom of the trench 6A where the protective diffusion layer 9B1 is formed, and thus the trench 6A where the protective diffusion layer 9A is formed. The electric field strength is not relaxed compared to the bottom. Accordingly, by providing the protective diffusion layer 9C at a position where the protective diffusion layer 9B1 is opposed to the trench 6A formed at the bottom, the electric field strength at the portion can be reduced.

<D.実施の形態4>
<D−1.構成>
図20は、実施の形態4に係る半導体装置であるSiC−MOSFET104の構成図である。図20(a)はN−型ドリフト層2をN+型基板1側からみた平面図であり、図20(b)は図20(a)のA−A´断面図である。このA−A´断面は、トレンチ6Aの側面の法線方向、言い換えればトレンチ6Aの長さ方向に垂直な方向の断面であり、実施の形態1に係るSiC−MOSFET101でいえば図1のA−A´断面、すなわち図2(a)に対応している。
<D. Embodiment 4>
<D-1. Configuration>
FIG. 20 is a configuration diagram of SiC-MOSFET 104 which is a semiconductor device according to the fourth embodiment. 20A is a plan view of the N− type drift layer 2 as viewed from the N + type substrate 1 side, and FIG. 20B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. The AA ′ cross section is a cross section in the direction normal to the side surface of the trench 6A, in other words, the direction perpendicular to the length direction of the trench 6A. Corresponds to a cross section taken along the line A ′, that is, FIG.

SiC−MOSFET104では、N−型ドリフト層2の複数のトレンチ6Aに挟まれた領域において、トレンチ6Aの長さ方向の一部分に、トレンチ6Aと同じ深さのトレンチ6B(第2トレンチ)が形成されている。そして、トレンチ6B内には、Al合金などの電極材からなりソース電極11と電気的に接続された保護コンタクト11A(保護コンタクト層)が形成される。   In the SiC-MOSFET 104, a trench 6B (second trench) having the same depth as the trench 6A is formed in a part of the trench 6A in the length direction in a region sandwiched between the plurality of trenches 6A of the N-type drift layer 2. ing. A protective contact 11A (protective contact layer) made of an electrode material such as an Al alloy and electrically connected to the source electrode 11 is formed in the trench 6B.

保護拡散層9A及び保護拡散層9B1はトレンチ6Aの底部に沿ってトレンチ6Aの長さ方向に交互に配置される。さらに、保護拡散層9Aは、トレンチ6Bの形成領域では、トレンチ6Bを挟む2つのトレンチ6の底部に亘って形成される。トレンチ6Bはトレンチ6と同じ深さまで形成されるため、保護拡散層9Aはトレンチ6Aだけでなくトレンチ6Bの底部にも形成される。   The protective diffusion layers 9A and the protective diffusion layers 9B1 are alternately arranged along the bottom of the trench 6A in the length direction of the trench 6A. Further, the protective diffusion layer 9A is formed across the bottoms of the two trenches 6 sandwiching the trench 6B in the formation region of the trench 6B. Since the trench 6B is formed to the same depth as the trench 6, the protective diffusion layer 9A is formed not only at the trench 6A but also at the bottom of the trench 6B.

そして、トレンチ6Bと保護拡散層9Aとの間にはP+型コンタクト層5(コンタクト領域)が形成され、保護拡散層9AはP+型コンタクト層5及び保護コンタクト11A(保護コンタクト層)を介してソース電極11と電気的に接続され、ソース電位に固定される。   A P + type contact layer 5 (contact region) is formed between the trench 6B and the protective diffusion layer 9A, and the protective diffusion layer 9A is a source via the P + type contact layer 5 and the protective contact 11A (protective contact layer). It is electrically connected to the electrode 11 and fixed at the source potential.

また、層間絶縁膜10は、ゲート電極8の上面だけでなく、トレンチ6Aの保護コンタクト11Aに面する側面も覆う。   The interlayer insulating film 10 covers not only the upper surface of the gate electrode 8 but also the side surface of the trench 6A facing the protective contact 11A.

なお、図20ではトレンチ6Bを挟む2つのトレンチ6Aの底部に亘って保護拡散層9Aを形成しているが、保護拡散層9Aに代えて保護拡散層9B1を形成しても良い。   In FIG. 20, the protective diffusion layer 9A is formed over the bottoms of the two trenches 6A sandwiching the trench 6B. However, the protective diffusion layer 9B1 may be formed instead of the protective diffusion layer 9A.

このような構成によって、保護拡散層9A又は保護拡散層9B1は、保護コンタクト11Aを介して電気的に接続される。実施の形態1では、トレンチ6Aの側面に沿ってN−型ドリフト層2に形成したP型の保護接続層9Sを介して、保護拡散層9A及び保護拡散層9B1をソース電極11と電気的に接続していたが、保護コンタクト11Aを介してより低抵抗に接続することによって、トレンチ6A底部の電界強度をより緩和することが出来る。   With such a configuration, the protective diffusion layer 9A or the protective diffusion layer 9B1 is electrically connected via the protective contact 11A. In the first embodiment, the protective diffusion layer 9A and the protective diffusion layer 9B1 are electrically connected to the source electrode 11 via the P-type protective connection layer 9S formed in the N − type drift layer 2 along the side surface of the trench 6A. Although connected, the electric field strength at the bottom of the trench 6A can be further relaxed by connecting to the lower resistance via the protective contact 11A.

なお、本発明は、その発明の範囲内において、(各実施の形態を自由に組み合わせたり、各)実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。   In the present invention, within the scope of the invention, the embodiments can be modified or omitted as appropriate (each embodiment can be freely combined or each).

1 N+型基板、2 N−型ドリフト層、3 P型ベース層、4 N型ソース層、5 P+型コンタクト層、6A,6B トレンチ、7 ゲート絶縁膜、8 ゲート電極、9A,9B1,9B2,9C 保護拡散層、9S 保護接続層、10 層間絶縁膜、11 ソース電極、11A 保護コンタクト、12 ドレイン電極、13 シリコン酸化膜、14A,14B,14C 注入マスク、101,101A,102,103,104 SiC−MOSFET。   1 N + type substrate, 2 N− type drift layer, 3 P type base layer, 4 N type source layer, 5 P + type contact layer, 6A, 6B trench, 7 gate insulating film, 8 gate electrode, 9A, 9B1, 9B2, 9C protective diffusion layer, 9S protective connection layer, 10 interlayer insulating film, 11 source electrode, 11A protective contact, 12 drain electrode, 13 silicon oxide film, 14A, 14B, 14C implantation mask, 101, 101A, 102, 103, 104 SiC -MOSFET.

Claims (13)

第1導電型のドリフト層と、
前記ドリフト層の表層に部分的に形成される第2導電型のウェル領域と、
前記ウェル領域の表層に部分的に形成される第1導電型の不純物領域と、
前記不純物領域の表層から前記ウェル領域を貫通して前記ドリフト層内部に至る第1トレンチ内に、絶縁膜を介して形成される第1電極と、
前記ウェル領域及び前記不純物領域と電気的に接続される第2電極と、
前記第1トレンチ底部の下方における前記ドリフト層に形成され、前記第2電極と電気的に接続された第2導電型の保護拡散層と、を備え、
前記保護拡散層は、第1保護拡散層と、前記第1保護拡散層より厚みの小さい第2保護拡散層とを備え、
前記第1保護拡散層及び前記第2保護拡散層は、互いに接触し、かつ前記第1トレンチの長さ方向に沿って交互に配置されることを特徴とする、
半導体装置。
A first conductivity type drift layer;
A second conductivity type well region partially formed in a surface layer of the drift layer;
A first conductivity type impurity region partially formed in a surface layer of the well region;
A first electrode formed through an insulating film in a first trench extending from a surface layer of the impurity region to the inside of the drift layer through the well region;
A second electrode electrically connected to the well region and the impurity region;
A protective diffusion layer of a second conductivity type formed in the drift layer below the bottom of the first trench and electrically connected to the second electrode;
The protective diffusion layer includes a first protective diffusion layer and a second protective diffusion layer having a thickness smaller than that of the first protective diffusion layer,
The first protective diffusion layer and the second protective diffusion layer are in contact with each other and are alternately disposed along the length direction of the first trench,
Semiconductor device.
第1導電型のドリフト層と、
前記ドリフト層の表層に部分的に形成された第2導電型のウェル領域と、
前記ウェル領域の表層に部分的に形成された第1導電型の不純物領域と、
前記不純物領域の表層から前記ウェル領域を貫通して前記ドリフト層内部に至る第1トレンチ内に、絶縁膜を介して形成された第1電極と、
前記ウェル領域及び前記不純物領域と電気的に接続された第2電極と、
前記第1トレンチ底部の下方における前記ドリフト層に形成され、前記第2電極と電気的に接続された第2導電型の保護拡散層と、を備え、
前記保護拡散層は、第1保護拡散層と、前記第1保護拡散層より不純物濃度の低い第2保護拡散層とを備え、
前記第1保護拡散層及び前記第2保護拡散層は、互いに接触し、かつ前記第1トレンチの長さ方向に沿って交互に配置されることを特徴とする、
半導体装置。
A first conductivity type drift layer;
A second conductivity type well region partially formed on a surface layer of the drift layer;
A first conductivity type impurity region partially formed in a surface layer of the well region;
A first electrode formed through an insulating film in a first trench extending from the surface layer of the impurity region to the inside of the drift layer through the well region;
A second electrode electrically connected to the well region and the impurity region;
A protective diffusion layer of a second conductivity type formed in the drift layer below the bottom of the first trench and electrically connected to the second electrode;
The protective diffusion layer includes a first protective diffusion layer and a second protective diffusion layer having an impurity concentration lower than that of the first protective diffusion layer,
The first protective diffusion layer and the second protective diffusion layer are in contact with each other and are alternately disposed along the length direction of the first trench,
Semiconductor device.
第1導電型のドリフト層と、
前記ドリフト層の表層に部分的に形成された第2導電型のウェル領域と、
前記ウェル領域の表層に部分的に形成された第1導電型の不純物領域と、
前記不純物領域の表層から前記ウェル領域を貫通して前記ドリフト層内部に至る第1トレンチ内に、絶縁膜を介して形成された第1電極と、
前記ウェル領域及び前記不純物領域と電気的に接続された第2電極と、
前記第1トレンチ底部の下方における前記ドリフト層に形成され、前記第2電極と電気的に接続された第2導電型の保護拡散層と、を備え、
前記保護拡散層は、第1保護拡散層と第2保護拡散層とを備え、
前記第1保護拡散層及び前記第2保護拡散層は、互いに接触し、かつ前記第1トレンチの長さ方向に沿って交互に配置され、
前記第1保護拡散層から前記ドリフト層へ伸びる空乏層の幅は、前記第2保護拡散層から前記ドリフト層へ伸びる空乏層の幅よりも大きいことを特徴とする、
半導体装置。
A first conductivity type drift layer;
A second conductivity type well region partially formed on a surface layer of the drift layer;
A first conductivity type impurity region partially formed in a surface layer of the well region;
A first electrode formed through an insulating film in a first trench extending from the surface layer of the impurity region to the inside of the drift layer through the well region;
A second electrode electrically connected to the well region and the impurity region;
A protective diffusion layer of a second conductivity type formed in the drift layer below the bottom of the first trench and electrically connected to the second electrode;
The protective diffusion layer includes a first protective diffusion layer and a second protective diffusion layer,
The first protective diffusion layer and the second protective diffusion layer are in contact with each other and alternately disposed along the length direction of the first trench,
The width of the depletion layer extending from the first protective diffusion layer to the drift layer is larger than the width of the depletion layer extending from the second protective diffusion layer to the drift layer,
Semiconductor device.
前記保護拡散層は、前記第1トレンチ底部の角部を覆うことを特徴とする、
請求項1から3のいずれか1項に記載の半導体装置。
The protective diffusion layer covers a corner of the bottom of the first trench,
The semiconductor device according to claim 1.
前記第1トレンチを複数備え、
ある前記第1トレンチでは、当該第1トレンチの長さ方向に沿って前記第1保護拡散層と前記第2保護拡散層とが互いに接触して交互に配置され、
別の前記第1トレンチでは、当該第1トレンチの長さ方向に沿って、前記第1保護拡散層及び前記第2保護拡散層のいずれかが配置されることを特徴とする、
請求項1から4のいずれか1項に記載の半導体装置。
A plurality of the first trenches;
In the first trench, the first protective diffusion layer and the second protective diffusion layer are alternately arranged in contact with each other along the length direction of the first trench,
In another of the first trenches, either the first protective diffusion layer or the second protective diffusion layer is disposed along the length direction of the first trench.
The semiconductor device according to claim 1.
前記第1保護拡散層及び前記第2保護拡散層は、隣り合う2つの前記第1トレンチ間でその配列をずらして配置されることを特徴とする、
請求項1から5のいずれか1項に記載の半導体装置。
The first protective diffusion layer and the second protective diffusion layer are arranged by shifting the arrangement between two adjacent first trenches,
The semiconductor device according to claim 1.
複数の前記第1トレンチは、長さ方向が格子状になるように配置されることを特徴とする、
請求項1から4のいずれか1項に記載の半導体装置。
The plurality of first trenches are arranged such that the length direction is in a lattice shape,
The semiconductor device according to claim 1.
隣り合う前記第1トレンチの間で、前記第1トレンチに接触せず、前記ウェル領域の底部の下方に形成される第2導電型の第3保護拡散層をさらに備える、
請求項1から7のいずれか1項に記載の半導体装置。
A second conductive type third protective diffusion layer formed between the adjacent first trenches and not contacting the first trenches and below the bottom of the well region;
The semiconductor device according to claim 1.
前記第1トレンチの側面に接して前記ドリフト層に設けられ、前記第1保護拡散層及び前記第2保護拡散層の少なくともいずれかと前記ウェル領域とを接続する保護接続層をさらに備え、
前記保護拡散層は、前記保護接続層を介して前記第2電極と電気的に接続されることを特徴とする、
請求項1から8のいずれか1項に記載の半導体装置。
A protective connection layer provided on the drift layer in contact with a side surface of the first trench and connecting at least one of the first protective diffusion layer and the second protective diffusion layer and the well region;
The protective diffusion layer is electrically connected to the second electrode through the protective connection layer,
The semiconductor device according to claim 1.
前記第1トレンチを複数備え、
前記保護接続層は、隣り合う前記第1トレンチの下方の前記保護拡散層を接続することを特徴とする、
請求項9に記載の半導体装置。
A plurality of the first trenches;
The protective connection layer connects the protective diffusion layers below the adjacent first trenches,
The semiconductor device according to claim 9.
前記ドリフト層に設けられた第2トレンチ内に形成され、前記第2電極と接触する保護コンタクト層をさらに備え、
前記保護拡散層は、前記保護コンタクト層と接触するコンタクト領域を備えることを特徴とする、
請求項1から8のいずれか1項に記載の半導体装置。
A protective contact layer formed in a second trench provided in the drift layer and in contact with the second electrode;
The protective diffusion layer includes a contact region in contact with the protective contact layer,
The semiconductor device according to claim 1.
前記ドリフト層は、ワイドバンドギャップ半導体からなることを特徴とする、
請求項1から11のいずれか1項に記載の半導体装置。
The drift layer is made of a wide band gap semiconductor,
The semiconductor device according to claim 1.
前記ドリフト層は、炭化珪素からなることを特徴とする、
請求項12に記載の半導体装置。
The drift layer is made of silicon carbide,
The semiconductor device according to claim 12.
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