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JP2020038944A - Semiconductor device and manufacturing method thereof, power conversion device, three-phase motor system, automobile, and railway vehicle - Google Patents

Semiconductor device and manufacturing method thereof, power conversion device, three-phase motor system, automobile, and railway vehicle Download PDF

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JP2020038944A
JP2020038944A JP2018166352A JP2018166352A JP2020038944A JP 2020038944 A JP2020038944 A JP 2020038944A JP 2018166352 A JP2018166352 A JP 2018166352A JP 2018166352 A JP2018166352 A JP 2018166352A JP 2020038944 A JP2020038944 A JP 2020038944A
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semiconductor device
type
sic
impurity
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Japanese (ja)
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直樹 手賀
Naoki Tega
直樹 手賀
大輔 松元
Daisuke Matsumoto
大輔 松元
建瑠 須藤
Takeru SUTO
建瑠 須藤
渡辺 直樹
Naoki Watanabe
直樹 渡辺
徹 増田
Toru Masuda
徹 増田
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Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

【課題】半導体装置の性能を向上させる。
【解決手段】半導体装置は、SiCパワーMISFET形成領域MRおよびSiC−SBD形成領域DRを有する。n型の半導体基板11上には、n-型のエピタキシャル層12が形成されている。n-型のエピタキシャル層12内には、p+型のボディ領域14が形成され、p+型のボディ領域14内には、n++型のソース領域19およびn+型の電流拡散領域18が形成されている。n++型のソース領域19を貫通し、p+型のボディ領域14に達するトレンチTR内には、ゲート電極21が形成されている。層間絶縁膜22上には、ソース配線用電極2が形成され、ソース配線用電極2は、バリアメタル膜23を介して、SiCパワーMISFET形成領域MRにおいて、n++型のソース領域19に電気的に接続し、SiC−SBD形成領域DRにおいて、n-型のエピタキシャル層12に電気的に接続している。
【選択図】図3
To improve the performance of a semiconductor device.
A semiconductor device has a SiC power MISFET formation region MR and a SiC-SBD formation region DR. An n -type epitaxial layer 12 is formed on an n-type semiconductor substrate 11. the n - -type epitaxial layer 12, p + -type body region 14 is formed, p + -type body region 14, n ++ -type source region 19 and n + -type current spreading region 18 Are formed. through the n ++ -type source region 19, the trench TR to reach the p + -type body region 14, a gate electrode 21 is formed. The source wiring electrode 2 is formed on the interlayer insulating film 22, and the source wiring electrode 2 is electrically connected to the n ++ -type source region 19 in the SiC power MISFET formation region MR via the barrier metal film 23. And electrically connected to the n -type epitaxial layer 12 in the SiC-SBD formation region DR.
[Selection diagram] FIG.

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法、並びに、半導体装置を用いた電力変換装置、3相モータシステム、自動車および鉄道車両に関し、特に、炭化珪素を用いた半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, a power conversion device using the semiconductor device, a three-phase motor system, an automobile and a railway vehicle, and more particularly to a semiconductor device using silicon carbide.

パワー半導体デバイスの一つである金属絶縁膜半導体電界効果トランジスタ(MISFET:Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)において、従来は、珪素(Si)基板を用いたパワーMISFET(以下、SiパワーMISFETと記す)が主流であった。   2. Description of the Related Art In a metal insulating film semiconductor field effect transistor (MISFET), which is one of power semiconductor devices, conventionally, a power MISFET using a silicon (Si) substrate (hereinafter referred to as a Si power MISFET) is used. It was mainstream.

しかし、炭化珪素(SiC)基板を用いたパワーMISFET(以下、SiCパワーMISFETと記す)は、SiパワーMISFETと比較して、高耐圧化および低損失化が可能である。このため、SiCパワーMISFETは、低電力または環境配慮型のインバータ技術の分野において、特に注目されている。   However, a power MISFET using a silicon carbide (SiC) substrate (hereinafter, referred to as a SiC power MISFET) can achieve higher breakdown voltage and lower loss than a Si power MISFET. For this reason, SiC power MISFETs have received particular attention in the field of low power or environmentally friendly inverter technology.

SiCパワーMISFETは、SiパワーMISFETと同じ耐圧下である場合、オン抵抗の低抵抗化を図れる。SiCは、Siと比較して、約7倍の絶縁破壊に対する電界強度を有するので、SiC基板では、ドリフト層となるエピタキシャル層を薄くすることができる。   When the SiC power MISFET has the same breakdown voltage as the Si power MISFET, the on-resistance can be reduced. Since SiC has about seven times the electric field strength against dielectric breakdown as compared with Si, the epitaxial layer serving as the drift layer can be made thinner in the SiC substrate.

特許文献1には、SiCパワーMISFETをインバータなどで用いる技術が開示されている。インバータでは、チャネルに双方向に電流を流すことができるので、外付けのSiC−SBD(Schottky Barrier Diode)を用いない同期整流動作が期待される。同期整流動作を行う際には、インバータの上アームおよび下アームの各々のSiCパワーMISFETが同時にオンした際に、電流が短絡することを防止するため、上アームおよび下アームの各々のSiCパワーMISFETの切り替え時に、ゲート信号を止めるデットタイムが存在する。このデットタイム時には、還流電流は、SiCパワーMISFETのボディダイオードを介して流れる。しかし、SiCパワーMISFETのボディダイオードに順方向電流を流すと、正孔電流によってSiCのドリフト層が劣化し、SiCパワーMISFETのオン抵抗が高くなる順方向劣化現象が知られている。   Patent Document 1 discloses a technique in which a SiC power MISFET is used in an inverter or the like. In the inverter, since a current can flow bidirectionally through the channel, a synchronous rectification operation without using an external SiC-SBD (Schottky Barrier Diode) is expected. When performing the synchronous rectification operation, when the SiC power MISFETs of each of the upper arm and the lower arm of the inverter are simultaneously turned on, the SiC power MISFET of each of the upper arm and the lower arm is prevented in order to prevent the current from being short-circuited. There is a dead time at which the gate signal is stopped at the time of switching. At this dead time, the return current flows through the body diode of the SiC power MISFET. However, when a forward current flows through the body diode of the SiC power MISFET, a forward deterioration phenomenon is known in which the hole current degrades the drift layer of the SiC and the on-resistance of the SiC power MISFET increases.

特許文献2には、上記のような順方向劣化現象を抑制しながら、同期整流動作を実現する方法として、同じチップ内にSiCパワーMISFETと、SiC−SBDとを混載する方法が開示されている。これにより、混載されたSiC−SBDの順方向電圧(Vf)は、pnダイオードであるボディダイオードのVfよりも電圧が低くなるため、ボディダイオードを流れる正孔電流を抑制し、順方向劣化を抑制することができる。 Patent Literature 2 discloses a method in which a SiC power MISFET and a SiC-SBD are mixedly mounted in the same chip as a method of realizing the synchronous rectification operation while suppressing the forward deterioration phenomenon as described above. . As a result, the forward voltage (V f ) of the embedded SiC-SBD becomes lower than the V f of the body diode which is a pn diode, so that the hole current flowing through the body diode is suppressed, and the forward degradation occurs. Can be suppressed.

特許文献3には、チャネル領域にトレンチが形成され、このトレンチ内にゲート電極を埋め込まれたSiCパワーMISFETが開示されている。   Patent Document 3 discloses a SiC power MISFET in which a trench is formed in a channel region and a gate electrode is embedded in the trench.

国際公開第2015/189929号WO 2015/189929 特願2016−184627号公報Japanese Patent Application No. 2006-184627 国際公開第2016/129068号International Publication No. WO 2016/129068

しかしながら、SiCパワーMISFETと共に混載されたSiC−SBDの面積が十分ではない場合には、pnダイオードであるボディダイオードのVfよりも、SiC−SBDのVfを十分に低くすることができない。その結果、順方向劣化が生じてしまう。そこで、チップ当たりのSiC−SBDの面積を大きくすることで、順方向劣化を抑制することができるが、チップ当たりのSiC−SBDの面積が大きいと、チップ当たりのSiCパワーMISFETの面積が相対的に小さくなる。そうすると、チップ当たりのチャネル抵抗成分が高くなり、オン抵抗が高くなるという問題が発生する。特に、自動車および産業向けの低耐圧SiCパワーMISFETでは、オン抵抗の上昇の原因は、チャネル抵抗成分の上昇であるため、上記の問題が顕著である。 However, when the area of the mixed been SiC-SBD with SiC power MISFET is not sufficient, than V f of the body diode is a pn diode, it is impossible to sufficiently lower the V f of SiC-SBD. As a result, forward degradation occurs. Therefore, the forward degradation can be suppressed by increasing the area of the SiC-SBD per chip. However, if the area of the SiC-SBD per chip is large, the area of the SiC power MISFET per chip becomes relatively small. Become smaller. Then, there arises a problem that the channel resistance component per chip increases and the on-resistance increases. In particular, in a low-breakdown-voltage SiC power MISFET for automobiles and industries, the above problem is remarkable because an increase in on-resistance is caused by an increase in a channel resistance component.

従って、上記の問題を解決するために、チップ当たりのSiCパワーMISFETの面積とは独立してSiCパワーMISFETのチャネル幅を増やすことで、チップ当たりのSiC−SBDの面積が大きくなったとしても、オン抵抗の上昇を抑制できる構造を検討する必要がある。そして、そのような検討により、SiCパワーMISFETとSiC−SBDとが混載された半導体装置の性能を向上することが望まれる。   Therefore, in order to solve the above problem, by increasing the channel width of the SiC power MISFET independently of the area of the SiC power MISFET per chip, even if the area of the SiC-SBD per chip is increased, It is necessary to consider a structure that can suppress an increase in on-resistance. From such a study, it is desired to improve the performance of the semiconductor device in which the SiC power MISFET and the SiC-SBD are mixed.

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

本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。   The following is a brief description of an outline of a typical embodiment disclosed in the present application.

一実施の形態である半導体装置は、MISFETが形成される第1領域、および、ショットキーバリアダイオードが形成される第2領域を有する半導体装置であって、第1導電型の半導体基板と、半導体基板の裏面側に形成されている第1電極と、半導体基板上に形成された第1導電型の第1半導体層と、を有する。また、半導体装置は、第1領域において、第1半導体層内に形成された第2導電型の第1不純物領域と、第1領域において、第1不純物領域内に形成され、且つ、第1半導体層よりも高い不純物濃度を有する第1導電型の第2不純物領域および第1導電型の第3不純物領域と、を有する。また、半導体装置は、第1領域において、第2不純物領域を貫通するように形成され、且つ、第1不純物領域内に位置する底面、第2不純物領域に接する第1側面、および、第3不純物領域に接し、第1側面と対向する第2側面を有するトレンチと、トレンチ内に、ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、を有する。また、半導体装置は、ゲート電極上に形成された層間絶縁膜と、層間絶縁膜上に形成され、第1領域において第2不純物領域に電気的に接続され、且つ、第2領域において第1半導体層に電気的に接続された第2電極と、を有する。   A semiconductor device according to an embodiment is a semiconductor device having a first region in which a MISFET is formed and a second region in which a Schottky barrier diode is formed. The semiconductor device includes a first electrode formed on the back surface side of the substrate, and a first semiconductor layer of the first conductivity type formed on the semiconductor substrate. In the semiconductor device, a first impurity region of a second conductivity type formed in the first semiconductor layer in the first region, and a first semiconductor region formed in the first impurity region of the first region. A second impurity region of the first conductivity type having a higher impurity concentration than the layer and a third impurity region of the first conductivity type. Also, the semiconductor device is formed in the first region so as to penetrate the second impurity region and is located in the first impurity region, a bottom surface, a first side surface in contact with the second impurity region, and a third impurity region. A trench having a second side surface in contact with the region and facing the first side surface; and a gate electrode formed in the trench with a gate insulating film interposed therebetween. In addition, the semiconductor device has an interlayer insulating film formed on the gate electrode, and is formed on the interlayer insulating film, is electrically connected to the second impurity region in the first region, and is connected to the first semiconductor in the second region. A second electrode electrically connected to the layer.

本願において開示される一実施の形態によれば、半導体装置の性能を向上させることができる。   According to one embodiment disclosed in the present application, the performance of a semiconductor device can be improved.

実施の形態1の半導体装置である半導体チップの平面図である。FIG. 2 is a plan view of a semiconductor chip which is the semiconductor device of the first embodiment. 実施の形態1の半導体装置の要部斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a principal part of the semiconductor device of the first embodiment; 実施の形態1の半導体装置の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to the first embodiment; 実施の形態1の半導体装置の断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to the first embodiment; 本願発明者らによる実験結果を示すグラフである。5 is a graph showing experimental results by the present inventors. 本願発明者らによる実験結果を示すグラフである。5 is a graph showing experimental results by the present inventors. 実施の形態1の半導体装置の製造工程の概略を説明する大工程図である。FIG. 3 is a large process diagram schematically illustrating the manufacturing process of the semiconductor device of the first embodiment. 実施の形態1の半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device of the first embodiment. 図8に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a manufacturing step following FIG. 8. 図9に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a manufacturing step following FIG. 9. 図10に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a manufacturing step following FIG. 10. 図11に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view showing a manufacturing step following FIG. 11. 図12に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view showing a manufacturing step following FIG. 12. 図13に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view showing a manufacturing step following FIG. 13. 図14に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view showing a manufacturing step following FIG. 14. 図15に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 16 is a cross-sectional view showing a manufacturing step following FIG. 15. 図16に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 17 is a cross-sectional view showing a manufacturing step following FIG. 16. 図17に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view showing a manufacturing step following FIG. 17; 図18に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 19 is a cross-sectional view showing a manufacturing step following FIG. 18. 図19に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 20 is a cross-sectional view showing a manufacturing step following FIG. 19. 実施の形態2の半導体装置の要部斜視図である。FIG. 15 is a perspective view of a principal part of the semiconductor device of the second embodiment. 実施の形態2の半導体装置の断面図である。FIG. 14 is a sectional view of the semiconductor device of the second embodiment; 実施の形態2の半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view showing a manufacturing step of the semiconductor device of the second embodiment. 図23に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 24 is a cross-sectional view showing a manufacturing step following FIG. 23. 図24に続く製造工程を示す断面図である。FIG. 25 is a cross-sectional view showing a manufacturing step following FIG. 24. 実施の形態3の半導体装置の要部斜視図である。FIG. 17 is a perspective view of a principal part of the semiconductor device of the third embodiment. 実施の形態3の半導体装置の断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to the third embodiment; 実施の形態4の半導体装置の要部斜視図である。FIG. 19 is a perspective view of a principal part of the semiconductor device of the fourth embodiment. 実施の形態4の半導体装置の断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a fourth embodiment. 実施の形態5の電力変換装置を示す回路図である。FIG. 14 is a circuit diagram illustrating a power conversion device according to a fifth embodiment. 実施の形態6の自動車である電気自動車の構成を示す概略図である。FIG. 15 is a schematic diagram illustrating a configuration of an electric vehicle that is a vehicle according to a sixth embodiment. 実施の形態6の昇圧コンバータを示す回路図である。FIG. 17 is a circuit diagram showing a boost converter according to a sixth embodiment. 実施の形態7の鉄道車両の構成を示す概略図である。FIG. 15 is a schematic diagram illustrating a configuration of a railway vehicle according to a seventh embodiment.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なときを除き、同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In all the drawings for describing the embodiments, members having the same functions are denoted by the same reference numerals, and their repeated description will be omitted. In the following embodiments, description of the same or similar parts will not be repeated in principle, unless necessary.

(実施の形態1)
<本実施の形態の半導体装置の構造>
図1は、本実施の形態の半導体装置である半導体チップ1の平面図である。図1は平面図であるが、図面を見易くするため、ソース配線用電極2、ゲート配線用電極3、n++型のガードリング4およびp型のフローティング・フィールド・リミッティング・リング(FLR:Floating Field Limiting Ring)5にハッチングを付している。また、図1には、半導体チップ1の主要な半導体素子が形成されるアクティブ領域6の一部を拡大した平面図も示されている。
(Embodiment 1)
<Structure of the semiconductor device of the present embodiment>
FIG. 1 is a plan view of a semiconductor chip 1 which is a semiconductor device of the present embodiment. Although FIG. 1 is a plan view, in order to make the drawing easy to see, an electrode 2 for source wiring, an electrode 3 for gate wiring, an n ++ guard ring 4 and a p-type floating field limiting ring (FLR: (Floating Field Limiting Ring) 5 is hatched. FIG. 1 also shows an enlarged plan view of a part of an active region 6 where main semiconductor elements of the semiconductor chip 1 are formed.

図1に示すように、半導体チップ1の中央部には、ソース配線用電極2およびゲート配線用電極3が形成されている。ソース配線用電極2の下方は、アクティブ領域6となっており、アクティブ領域6には、n型のSiCパワーMISFETおよびSiC−SBDのような主要な半導体素子が形成されている。アクティブ領域6には、平面視においてストライプ状に形成された複数のトレンチTRが形成され、これらのトレンチTRを利用して、SiCパワーMISFETが形成される。このような各半導体素子の構造については、後で詳細に説明する。   As shown in FIG. 1, a source wiring electrode 2 and a gate wiring electrode 3 are formed in the center of a semiconductor chip 1. Below the source wiring electrode 2 is an active region 6 in which main semiconductor elements such as an n-type SiC power MISFET and SiC-SBD are formed. In the active region 6, a plurality of trenches TR formed in a stripe shape in plan view are formed, and a SiC power MISFET is formed using these trenches TR. The structure of each of these semiconductor elements will be described later in detail.

ソース配線用電極2において破線で囲まれた領域は、ソースパッド2aであり、ゲート配線用電極3において破線で囲まれた領域は、ゲートパッド3aである。ここでは図示していないが、半導体チップ1は保護膜によって覆われており、この保護膜に形成された開口部から露出する領域が、ソースパッド2aおよびゲートパッド3aである。ソースパッド2aおよびゲートパッド3aの各々の上面に、ワイヤボンディングまたはクリップ(銅板)などの外部接続用端子が接続されることで、半導体チップ1を、他のチップまたは配線基板などに電気的に接続させることが可能となる。   A region surrounded by a broken line in the source wiring electrode 2 is a source pad 2a, and a region surrounded by a broken line in the gate wiring electrode 3 is a gate pad 3a. Although not shown here, the semiconductor chip 1 is covered with a protective film, and the regions exposed from the openings formed in the protective film are the source pad 2a and the gate pad 3a. An external connection terminal such as wire bonding or a clip (copper plate) is connected to the upper surface of each of the source pad 2a and the gate pad 3a, thereby electrically connecting the semiconductor chip 1 to another chip or a wiring board. It is possible to do.

ソース配線用電極2およびゲート配線用電極3の外周には、3重のp型のFLR5が形成され、p型のFLR5の外周には、n++型のガードリング4が形成されている。複数のp型のFLR5をアクティブ領域6の周辺に形成することにより、SiCパワーMISFETのオフ動作時において、最大電界部分がp型のFLR5へ移り、最外周のp型のFLR5で降伏するようになるので、SiCパワーMISFETの耐圧を高くすることが可能となる。図1には、3個のp型のFLR5が示されているが、p型のFLR5の数は、3個に限定されず、3個より多くても少なくてもよい。また、n++型のガードリング4は、アクティブ領域6に形成されたSiCパワーMISFETを保護する機能を有する。 A triple p-type FLR 5 is formed on the outer periphery of the source wiring electrode 2 and the gate wiring electrode 3, and an n ++ guard ring 4 is formed on the outer circumference of the p-type FLR 5. By forming a plurality of p-type FLRs 5 around the active region 6, the maximum electric field portion shifts to the p-type FLR 5 during the off operation of the SiC power MISFET, so that the breakdown occurs at the outermost p-type FLR 5. Therefore, the breakdown voltage of the SiC power MISFET can be increased. FIG. 1 shows three p-type FLR5, but the number of p-type FLR5 is not limited to three and may be more or less than three. The n ++ guard ring 4 has a function of protecting the SiC power MISFET formed in the active region 6.

以下に、図2〜図4を用いて、SiCパワーMISFETおよびSiC−SBDの構造を説明する。   Hereinafter, the structures of the SiC power MISFET and the SiC-SBD will be described with reference to FIGS.

図2は、本実施の形態の半導体装置の要部斜視図であり、アクティブ領域6に形成された半導体素子であるSiCパワーMISFETおよびSiC−SBDが示されている。なお、図2では、n-型のエピタキシャル層12の表面付近に形成された各不純物領域を主に示すため、n型の半導体基板11、ゲート電極21およびソース配線用電極2などが省略されている。図3は、図2に示されるA−A線に沿った断面図であり、図4は、図2に示されるB−B線に沿った断面図である。 FIG. 2 is a perspective view of a main part of the semiconductor device of the present embodiment, and shows a SiC power MISFET and a SiC-SBD which are semiconductor elements formed in the active region 6. In FIG. 2, since each impurity region formed near the surface of n type epitaxial layer 12 is mainly shown, n type semiconductor substrate 11, gate electrode 21, source electrode 2 and the like are omitted. I have. FIG. 3 is a sectional view taken along the line AA shown in FIG. 2, and FIG. 4 is a sectional view taken along the line BB shown in FIG.

なお、本実施の形態の説明では、「n型」の表記に「-」または「+」などを付しているが、これらは、相対的な不純物濃度を表記した符号である。例えば、n型の場合には、「n-」、「n」、「n+」および「n++」の順番で、n型不純物の不純物濃度が高いことを意味する。また、「p型」の表記についても、「n型」の場合と同様である。 In the description of the present embodiment, “ ”, “ + ”, and the like are added to the notation of “n-type”, but these are symbols indicating relative impurity concentrations. For example, in the case of n-type, the order of “n ”, “n”, “n + ” and “n ++ ” means that the impurity concentration of the n-type impurity is high. The notation of “p-type” is the same as that of “n-type”.

本実施の形態で使用される半導体基板(基板)11は、炭素および珪素を含む化合物半導体基板であり、具体的には、n+型の炭化珪素(SiC)基板である。n型の半導体基板11は、表面と、表面と反対側の面である裏面とを有する。 Semiconductor substrate (substrate) 11 used in the present embodiment is a compound semiconductor substrate containing carbon and silicon, and specifically, is an n + -type silicon carbide (SiC) substrate. The n-type semiconductor substrate 11 has a front surface and a back surface opposite to the front surface.

n型の半導体基板11の裏面側には、n+型のドレイン領域13が形成されている。n+型のドレイン領域13下には、シリサイド層24が形成され、シリサイド層24下には、ドレイン配線用電極25が形成されている。シリサイド層24は、例えばニッケルシリサイド(NiSi)からなる。ドレイン配線用電極25は、例えば、チタン(Ti)膜、ニッケル(Ni)膜および金(Au)膜の積層膜であり、ドレイン配線用電極25の厚さは、例えば0.5〜1.0μmである。なお、ドレイン配線用電極25は、これらの積層膜ではなく、これらのうちの1つからなる単層膜であってもよいし、これらとは別の導電性膜であってもよい。 On the back side of the n-type semiconductor substrate 11, an n + -type drain region 13 is formed. A silicide layer 24 is formed below the n + type drain region 13, and a drain wiring electrode 25 is formed below the silicide layer 24. The silicide layer 24 is made of, for example, nickel silicide (NiSi). The drain wiring electrode 25 is, for example, a laminated film of a titanium (Ti) film, a nickel (Ni) film, and a gold (Au) film. The thickness of the drain wiring electrode 25 is, for example, 0.5 to 1.0 μm. It is. The drain wiring electrode 25 is not limited to these laminated films, and may be a single layer film composed of one of them, or may be a conductive film different from these.

ドレイン配線用電極25は、SiCパワーMISFET形成領域MRにおいては、SiCパワーMISFETのドレイン電極として機能し、SiC−SBD形成領域DRにおいては、SiC−SBDのカソード電極として機能する。図示はしないが、ドレイン配線用電極25は、半田ボールまたはバンプ電極などの外部接続用の導電性膜を介して、半導体チップ1の外部のデバイスに電気的に接続される。   The drain wiring electrode 25 functions as a drain electrode of the SiC power MISFET in the SiC power MISFET formation region MR, and functions as a SiC-SBD cathode electrode in the SiC-SBD formation region DR. Although not shown, the drain wiring electrode 25 is electrically connected to a device outside the semiconductor chip 1 via a conductive film for external connection such as a solder ball or a bump electrode.

n型の半導体基板11上には、n型の半導体基板11よりも低い不純物濃度を有し、炭化珪素(SiC)からなるn-型のエピタキシャル層(半導体層)12が形成されている。n-型のエピタキシャル層12は、本実施の形態においてドリフト層として機能する。 An n -type epitaxial layer (semiconductor layer) 12 having a lower impurity concentration than that of the n-type semiconductor substrate 11 and made of silicon carbide (SiC) is formed on the n-type semiconductor substrate 11. The n -type epitaxial layer 12 functions as a drift layer in the present embodiment.

-型のエピタキシャル層12内には、p+型のボディ領域(不純物領域)14が形成されている。p+型のボディ領域は、主に、SiCパワーMISFETのチャネル領域として機能する。 A p + type body region (impurity region) 14 is formed in the n type epitaxial layer 12. The p + type body region mainly functions as a channel region of the SiC power MISFET.

図2のY方向において、互いに隣接するp+型のボディ領域14の間には、n-型のエピタキシャル層12よりも高い不純物濃度を有するn型のJFET領域(不純物領域)16が形成されている。 An n-type JFET region (impurity region) 16 having an impurity concentration higher than that of the n -type epitaxial layer 12 is formed between the adjacent p + -type body regions 14 in the Y direction of FIG. I have.

+型のボディ領域14内には、p+型のボディ領域14よりも高い不純物濃度を有するp++型のボディ電位固定領域(不純物領域)15と、n型のJFET領域16よりも高い不純物濃度を有するn++型のソース領域(不純物領域)19が形成されている。また、p+型のボディ領域14内には、n型のJFET領域16よりも高い不純物濃度を有するn+型の電流拡散領域(不純物領域)18が形成されている。n+型の電流拡散領域18の一部は、p+型のボディ領域14に隣接するn型のJFET領域16へ延在している。n+型の電流拡散領域18上およびn型のJFET領域16上には、p+型の電界緩和領域(不純物領域)17が形成されている。 In the p + -type body region 14, a p ++ -type body potential fixed region (impurity region) 15 having a higher impurity concentration than the p + -type body region 14, and higher than the n-type JFET region 16. An n ++ type source region (impurity region) 19 having an impurity concentration is formed. In the p + type body region 14, an n + type current diffusion region (impurity region) 18 having a higher impurity concentration than the n type JFET region 16 is formed. A part of the n + -type current diffusion region 18 extends to the n-type JFET region 16 adjacent to the p + -type body region 14. A p + -type electric field relaxation region (impurity region) 17 is formed on the n + -type current diffusion region 18 and the n-type JFET region 16.

++型のソース領域19およびp++型のボディ電位固定領域15には、ソース配線用電極2が電気的に接続され、SiCパワーMISFETの動作時に、ソース電位が印加される。n+型の電流拡散領域18には、n型のJFET領域16、n-型のエピタキシャル層12、n+型のドレイン領域13およびシリサイド層24を介して、ドレイン配線用電極25が電気的に接続され、SiCパワーMISFETの動作時に、ドレイン電位が印加される。 The source wiring electrode 2 is electrically connected to the n ++ -type source region 19 and the p ++ -type body potential fixed region 15, and a source potential is applied when the SiC power MISFET operates. A drain wiring electrode 25 is electrically connected to the n + -type current diffusion region 18 via the n-type JFET region 16, the n -type epitaxial layer 12, the n + -type drain region 13, and the silicide layer 24. Connected, and a drain potential is applied when the SiC power MISFET operates.

また、p++型のボディ電位固定領域15を境界として、n++型のソース領域19と反対側のn-型のエピタキシャル層12は、SiC−SBD形成領域DRとなっている。言い換えれば、p++型のボディ電位固定領域15は、SiCパワーMISFET形成領域MRのn++型のソース領域19と、SiC−SBD形成領域DRのn-型のエピタキシャル層12との間に位置している。後述のように、SiC−SBD形成領域DRのn-型のエピタキシャル層12には、ソース配線用電極2が電気的に接続される。 The n -type epitaxial layer 12 opposite to the n ++ -type source region 19 with the p ++ -type body potential fixed region 15 as a boundary is a SiC-SBD formation region DR. In other words, the p ++ type body potential fixed region 15 is located between the n ++ type source region 19 of the SiC power MISFET formation region MR and the n type epitaxial layer 12 of the SiC-SBD formation region DR. positioned. As described later, the source wiring electrode 2 is electrically connected to the n -type epitaxial layer 12 in the SiC-SBD formation region DR.

SiCパワーMISFET形成領域MRのn-型のエピタキシャル層12には、n++型のソース領域19を貫通し、p+型のボディ領域14に達するように、複数のトレンチTRが形成されている。図2および図3に示されるように、複数のトレンチTRの各々は、Y方向に延在している。そして、図2および図4に示されるように、X方向において、複数のトレンチTRが互いに隣接するように形成されている。 N SiC power MISFET formation region MR - the type of epitaxial layer 12 through the n ++ -type source region 19, so as to reach the p + -type body region 14, a plurality of trenches TR is formed . As shown in FIGS. 2 and 3, each of the plurality of trenches TR extends in the Y direction. Then, as shown in FIGS. 2 and 4, a plurality of trenches TR are formed adjacent to each other in the X direction.

複数のトレンチTRの各々の内部には、ゲート絶縁膜20を介して、ゲート電極21が埋め込まれている。ゲート絶縁膜20は、例えば酸化シリコン膜のような絶縁膜であり、ゲート絶縁膜20の厚さは、例えば5〜150nmである。ゲート電極21は、例えば多結晶シリコン膜のような導電性膜であり、ゲート電極21の厚さは、例えば0.01〜4μmである。   A gate electrode 21 is embedded in each of the plurality of trenches TR via a gate insulating film 20. The gate insulating film 20 is, for example, an insulating film such as a silicon oxide film, and the thickness of the gate insulating film 20 is, for example, 5 to 150 nm. The gate electrode 21 is a conductive film such as a polycrystalline silicon film, and the thickness of the gate electrode 21 is, for example, 0.01 to 4 μm.

ゲート電極21の一部は、トレンチTRの外部にも形成され、複数のトレンチTRの各々の内部に形成されているゲート電極21は、互いに一体化されている。なお、図3に示されるように、トレンチTRの外部に形成されているゲート電極21の端部は、n++型のソース領域19上に位置している。 Part of the gate electrode 21 is also formed outside the trench TR, and the gate electrodes 21 formed inside each of the plurality of trenches TR are integrated with each other. Note that, as shown in FIG. 3, the end of the gate electrode 21 formed outside the trench TR is located on the n ++ -type source region 19.

図示はしないが、ゲート電極21には、図1に示されるゲート配線用電極3が電気的に接続され、SiCパワーMISFETの動作時にゲート電位が印加される。   Although not shown, the gate electrode 3 is electrically connected to the gate wiring electrode 3 shown in FIG. 1, and a gate potential is applied when the SiC power MISFET operates.

図3に示されるように、Y方向において、トレンチTRの第1側面S1は、n++型のソース領域19に接し、第1側面S1と対向する側面であるトレンチTRの第2側面S2は、n+型の電流拡散領域18に接している。また、図4に示されるように、X方向において、トレンチTRの第3側面S3、および、第3側面S3と対向する側面であるトレンチTRの第4側面S4は、p+型のボディ領域に接している。また、トレンチTRの底面は、p+型のボディ領域に接している。 As shown in FIG. 3, in the Y direction, the first side surface S1 of the trench TR is in contact with the n ++ -type source region 19, and the second side surface S2 of the trench TR, which is the side surface facing the first side surface S1, , N + -type current diffusion regions 18. In addition, as shown in FIG. 4, the third side surface S3 of the trench TR and the fourth side surface S4 of the trench TR facing the third side surface S3 in the X direction are in the p + type body region. In contact. Further, the bottom surface of trench TR is in contact with the p + type body region.

このように、n+型の電流拡散領域18からp+型のボディ領域14を介してn++型のソース領域19に至る経路が、SiCパワーMISFETの電流経路となる。すなわち、トレンチTRの第3側面S3、第4側面S4および底面に接するp+型のボディ領域に、SiCパワーMISFETのチャネル領域が形成され、特に、第3側面S3および第4側面S4に接するp+型のボディ領域が、チャネル領域の主要部となる。 Thus, n + -type path from current spreading region 18 to n ++ -type source region 19 through the p + -type body region 14 becomes the current path of the SiC power MISFET. That is, the channel region of the SiC power MISFET is formed in the p + -type body region in contact with the third side surface S3, the fourth side surface S4, and the bottom surface of the trench TR, and in particular, the p region in contact with the third side surface S3 and the fourth side surface S4 The + type body region is the main part of the channel region.

SiCパワーMISFETのゲート電極21は、層間絶縁膜22によって覆われている。層間絶縁膜22は、例えば酸化シリコン膜のような絶縁膜である。層間絶縁膜22には、n++型のソース領域19の一部上、p++型のボディ電位固定領域15上、および、SiC−SBD形成領域DRのn-型のエピタキシャル層12上を開口する開口部OP1が形成されている。 The gate electrode 21 of the SiC power MISFET is covered with an interlayer insulating film 22. The interlayer insulating film 22 is an insulating film such as a silicon oxide film, for example. The interlayer insulating film 22 includes a part of the n ++ source region 19, the p ++ body potential fixed region 15, and the n epitaxial layer 12 of the SiC-SBD formation region DR. An opening OP1 that opens is formed.

開口部OP1の内部および層間絶縁膜22上には、バリアメタル膜23が形成され、バリアメタル膜23上には、ソース配線用電極2が形成されている。バリアメタル膜23は、例えばチタン(Ti)膜のような導電性膜であり、ソース配線用電極2は、例えばアルミニウム(Al)膜のような導電性膜である。   A barrier metal film 23 is formed inside the opening OP1 and on the interlayer insulating film 22, and the source wiring electrode 2 is formed on the barrier metal film 23. The barrier metal film 23 is a conductive film such as a titanium (Ti) film, and the source wiring electrode 2 is a conductive film such as an aluminum (Al) film.

開口部OP1内に埋め込まれたソース配線用電極2は、バリアメタル膜23を介して、n++型のソース領域19、p++型のボディ電位固定領域15、および、SiC−SBD形成領域DRのn-型のエピタキシャル層12に接続している。これらの領域には、ソース配線用電極2からソース電位が印加される。すなわち、SiCパワーMISFET形成領域MRにおいて、バリアメタル膜23およびソース配線用電極2は、ソース電極として機能し、オーミックコンタクト部を構成している。また、SiC−SBD形成領域DRにおいて、バリアメタル膜23は、アノード電極として機能し、ショットキーコンタクト部を構成している。 The source wiring electrode 2 buried in the opening OP1 is connected to the n ++ -type source region 19, the p ++ -type body potential fixing region 15, and the SiC-SBD formation region via the barrier metal film 23. It is connected to the DR n -type epitaxial layer 12. A source potential is applied to these regions from the source wiring electrode 2. That is, in the SiC power MISFET formation region MR, the barrier metal film 23 and the source wiring electrode 2 function as a source electrode and constitute an ohmic contact portion. In the SiC-SBD formation region DR, the barrier metal film 23 functions as an anode electrode and forms a Schottky contact portion.

また、図1に示されるゲート配線用電極3は、ソース配線用電極2と同様な導電性膜によって構成され、バリアメタル膜23を介して、ゲート電極21の一部に接続している。すなわち、SiCパワーMISFET形成領域MRのゲート電極21の一部に接続しているバリアメタル膜23およびゲート配線用電極3は、オーミックコンタクト部を構成している。   The gate wiring electrode 3 shown in FIG. 1 is formed of the same conductive film as the source wiring electrode 2, and is connected to a part of the gate electrode 21 via the barrier metal film 23. That is, the barrier metal film 23 and the gate wiring electrode 3 connected to a part of the gate electrode 21 in the SiC power MISFET formation region MR constitute an ohmic contact portion.

また、図示はしないが、ソース配線用電極2上およびゲート配線用電極3上には、例えば酸化シリコン膜またはポリイミド膜のような保護膜が形成され、この保護膜に形成されている開口部から露出した領域が、図1に示されるソースパッド2aおよびゲートパッド3aである。   Although not shown, a protective film such as a silicon oxide film or a polyimide film is formed on the source wiring electrode 2 and the gate wiring electrode 3. The exposed regions are the source pad 2a and the gate pad 3a shown in FIG.

以下に、本実施の形態における各構成の深さおよび不純物濃度などのパラメータを記載する。なお、以下に示される各々の深さ(第1深さ〜第6深さ)は、それぞれ、n-型のエピタキシャル層12の表面からの深さである。言い換えれば、これらの深さは、各不純物領域の厚さである。 Hereinafter, parameters such as the depth and the impurity concentration of each component in the present embodiment will be described. Each of the depths (first to sixth depths) shown below is a depth from the surface of the n -type epitaxial layer 12. In other words, these depths are the thickness of each impurity region.

n型の半導体基板11は、例えば1×1018〜1×1021cm-3の不純物濃度を有する。 The n-type semiconductor substrate 11 has, for example, an impurity concentration of 1 × 10 18 to 1 × 10 21 cm −3 .

-型のエピタキシャル層12は、例えば5〜50μmの厚さを有し、例えば1×1014〜1×1017cm-3の不純物濃度を有する。 The n -type epitaxial layer 12 has a thickness of, for example, 5 to 50 μm, and has an impurity concentration of, for example, 1 × 10 14 to 1 × 10 17 cm −3 .

+型のドレイン領域13は、例えば1×1019〜1×1021cm-3の不純物濃度を有する。 The n + type drain region 13 has an impurity concentration of, for example, 1 × 10 19 to 1 × 10 21 cm −3 .

+型のボディ領域14は、例えば0.5〜2.0μmの深さ(第1深さ)を有し、例えば1×1016〜1×1019cm-3の不純物濃度を有する。また、p+型のボディ領域14の最大不純物濃度は、例えば1×1017〜1×1019cm-3の範囲である。 The p + type body region 14 has a depth (first depth) of, for example, 0.5 to 2.0 μm, and has an impurity concentration of, for example, 1 × 10 16 to 1 × 10 19 cm −3 . The maximum impurity concentration of the p + -type body region 14 is, for example, in the range of 1 × 10 17 to 1 × 10 19 cm −3 .

++型のボディ電位固定領域15は、例えば0.1〜1.0μmの深さ(第2深さ)を有し、例えば1×1019〜1×1021cm-3の不純物濃度を有する。 The p ++ -type body potential fixing region 15 has a depth (second depth) of, for example, 0.1 to 1.0 μm, and has an impurity concentration of, for example, 1 × 10 19 to 1 × 10 21 cm −3. Have.

++型のソース領域19は、例えば0.1〜1.0μmの深さ(第3深さ)を有し、例えば1×1019〜1×1021cm-3の不純物濃度を有する。 The n ++ type source region 19 has a depth (third depth) of, for example, 0.1 to 1.0 μm, and has an impurity concentration of, for example, 1 × 10 19 to 1 × 10 21 cm −3 .

+型の電流拡散領域18は、例えば0.1〜1.0μmの深さ(第4深さ)を有し、例えば5×1017〜5×1018cm-3の不純物濃度を有する。 The n + type current diffusion region 18 has a depth of, for example, 0.1 to 1.0 μm (fourth depth), and has an impurity concentration of, for example, 5 × 10 17 to 5 × 10 18 cm −3 .

+型の電界緩和領域17は、例えば0.01〜0.5μmの深さ(第5深さ)を有し、例えば1×1017〜1×1019cm-3の不純物濃度を有する。 The p + -type electric field relaxation region 17 has a depth of, for example, 0.01 to 0.5 μm (fifth depth), and has, for example, an impurity concentration of 1 × 10 17 to 1 × 10 19 cm −3 .

n型のJFET領域16は、例えば、0.3〜2.5μmの深さ(第6深さ)を有し、例えば1×1014〜1×1017cm-3の不純物濃度を有する。 The n-type JFET region 16 has, for example, a depth of 0.3 to 2.5 μm (sixth depth) and an impurity concentration of, for example, 1 × 10 14 to 1 × 10 17 cm −3 .

以下に、図3および図4に示されるトレンチTRに関するパラメータを記載する。トレンチTRのn-型のエピタキシャル層12の表面からの深さHは、p+型のボディ領域14の深さ(第1深さ)よりも浅く、例えば0.1〜1.5μmである。また、トレンチTRにおいて、チャネル長に並行な方向(Y方向)の長さL1は例えば1.0〜3.0μmであり、チャネル幅に並行な方向(X方向)の長さL2は、例えば0.1〜2.0μm程度である。チャネル幅に並行な方向(X方向)の各トレンチTRの間隔である長さL3は、例えば0.1〜2.0μm程度である。 Hereinafter, parameters regarding trench TR shown in FIGS. 3 and 4 will be described. The depth H of trench TR from the surface of n -type epitaxial layer 12 is smaller than the depth (first depth) of p + -type body region 14 and is, for example, 0.1 to 1.5 μm. In the trench TR, the length L1 in the direction (Y direction) parallel to the channel length is, for example, 1.0 to 3.0 μm, and the length L2 in the direction (X direction) parallel to the channel width is, for example, 0. 0.1 to 2.0 μm. The length L3, which is the interval between the trenches TR in the direction (X direction) parallel to the channel width, is, for example, about 0.1 to 2.0 μm.

本実施の形態の半導体装置である半導体チップ1には、このようなSiCパワーMISFETと、SiC−SBDとが混載されている。   Such a SiC power MISFET and a SiC-SBD are mixedly mounted on the semiconductor chip 1 which is the semiconductor device of the present embodiment.

<本実施の形態の半導体装置の主な特徴>
本実施の形態の半導体装置では、SiCパワーMISFET形成領域MRにおいて、複数のトレンチTRが形成され、各トレンチTR内には、ゲート絶縁膜20を介してゲート電極21が埋め込まれている。このため、トレンチTRの底面、および、Y方向に沿うトレンチTRの両側面(第3側面S3、第4側面S4)が、SiCパワーMISFETのチャネル領域を構成している。従って、本実施の形態のトレンチゲートを用いたSiCパワーMISFETは、n-型のエピタキシャル層12にトレンチTRを形成しないようなプレーナ型のMISFETと比較して、高いチャネル移動度を期待できる。
<Main features of the semiconductor device of the present embodiment>
In the semiconductor device of the present embodiment, a plurality of trenches TR are formed in SiC power MISFET formation region MR, and a gate electrode 21 is buried in each trench TR via a gate insulating film 20. For this reason, the bottom surface of the trench TR and both side surfaces (the third side surface S3 and the fourth side surface S4) of the trench TR along the Y direction constitute a channel region of the SiC power MISFET. Therefore, the SiC power MISFET using the trench gate according to the present embodiment can expect higher channel mobility than the planar MISFET in which the trench TR is not formed in the n type epitaxial layer 12.

また、X方向において、トレンチTRの幅である長さL2と、各トレンチTR間の間隔である長さL3との和(L2+L3)を短くし、更に、トレンチTRの深さHを深くすることで、半導体チップ1内におけるチャネル幅を大きくすることができるので、チャネル抵抗を低減することができる。   Further, in the X direction, the sum (L2 + L3) of the length L2, which is the width of the trench TR, and the length L3, which is the interval between the trenches TR, is reduced, and the depth H of the trench TR is further increased. Thus, the channel width in the semiconductor chip 1 can be increased, and the channel resistance can be reduced.

また、図2に示される構造は、本実施の形態の半導体装置のうちの一部であるアクティブ領域6を示しており、本実施の形態の半導体装置は、このアクティブ領域6が繰り返し配置されることで、複数のSiCパワーMISFET形成領域MRおよび複数のSiC−SBD形成領域DRを有している。   Further, the structure shown in FIG. 2 shows an active region 6 which is a part of the semiconductor device of the present embodiment, and the active region 6 is repeatedly arranged in the semiconductor device of the present embodiment. Thus, it has a plurality of SiC power MISFET formation regions MR and a plurality of SiC-SBD formation regions DR.

以下の説明では、Y方向における1つのアクティブ領域6(1つのSiCパワーMISFET形成領域MRおよび1つのSiC−SBD形成領域DR)の寸法を素子寸法と称する。また、X方向において、トレンチTRの幅である長さL2と、各トレンチTR間の間隔である長さL3との和(L2+L3)をトレンチ寸法と称する。また、本実施の形態では、SiCパワーMISFET形成領域MRに2つのSiCパワーMISFETが形成され、これら2つのSiCパワーMISFETが並列接続されているが、ここでは、このような並列接続された2つのSiCパワーMISFETを、実質的に1つのSiCパワーMISFET群として扱う。   In the following description, the size of one active region 6 (one SiC power MISFET formation region MR and one SiC-SBD formation region DR) in the Y direction is referred to as an element size. In the X direction, the sum (L2 + L3) of the length L2 that is the width of the trench TR and the length L3 that is the interval between the trenches TR is referred to as a trench dimension. Further, in this embodiment, two SiC power MISFETs are formed in the SiC power MISFET formation region MR, and these two SiC power MISFETs are connected in parallel. The SiC power MISFET is treated as substantially one SiC power MISFET group.

この素子寸法において、SiC−SBD形成領域DRの割合を大きくすることで、SiCパワーMISFET内のpnダイオードであるボディダイオードのVfより、SiC−SBDのVfを十分小さくすることができるため、順方向劣化を抑制することができる。 In this element dimensions, by increasing the proportion of SiC-SBD formation region DR, since than V f of the body diode is a pn diode in SiC power MISFET, a V f of SiC-SBD can be sufficiently reduced, Forward degradation can be suppressed.

ここで、素子寸法に占めるSiCパワーMISFET形成領域MRの割合が小さくなると、チャネル幅が狭くなり、チャネル抵抗が上昇する。すなわち、SiC−SBD形成領域DRの割合を大きくした分、素子寸法が大きくなり、チャネル抵抗が上昇する。しかしながら、本実施の形態では、トレンチ寸法(L2+L3)に対するトレンチTRの深さHの比率を大きくすることで、チャネル抵抗の上昇を抑制することができる。   Here, when the ratio of the SiC power MISFET formation region MR to the device dimensions decreases, the channel width decreases, and the channel resistance increases. That is, as the ratio of the SiC-SBD formation region DR is increased, the device dimensions are increased, and the channel resistance is increased. However, in this embodiment, an increase in the ratio of the depth H of the trench TR to the trench dimension (L2 + L3) can suppress an increase in channel resistance.

従って、本実施の形態の半導体チップ1を用いれば、外付けのSiC−SBDを付けずに同期整流動作を行っても、順方向劣化が生じることがなく、また導通損失が増加する問題も抑制することができる。   Therefore, when the semiconductor chip 1 of the present embodiment is used, even if the synchronous rectification operation is performed without attaching the external SiC-SBD, the deterioration in the forward direction does not occur and the problem that the conduction loss increases is suppressed. can do.

図5および図6は、本願発明者らによる実験結果を示すグラフであり、本実施の形態におけるトレンチ寸法(L2+L3)に対するトレンチTRの深さHの比率と、チャネル抵抗との関係を示している。なお、図5および図6の図中に記載している実用範囲は、本願発明者らが、実製品に適用できると判断した領域である。   FIGS. 5 and 6 are graphs showing experimental results by the present inventors, and show the relationship between the ratio of the depth H of the trench TR to the trench dimension (L2 + L3) and the channel resistance in the present embodiment. . Note that the practical range described in FIGS. 5 and 6 is an area determined by the present inventors to be applicable to an actual product.

図5は、Y方向におけるSiCパワーMISFET形成領域MRの寸法が7μmであり、Y方向におけるSiC−SBD形成領域DRの寸法が3μmであり、素子寸法が10μmの場合である。グラフから判るように、H/(L2+L3)の値が大きくなる程、チャネル抵抗が低くなっている。   FIG. 5 shows a case where the size of the SiC power MISFET formation region MR in the Y direction is 7 μm, the size of the SiC-SBD formation region DR in the Y direction is 3 μm, and the element size is 10 μm. As can be seen from the graph, the channel resistance decreases as the value of H / (L2 + L3) increases.

例えば、H/(L2+L3)の値が0.25の時、チャネル抵抗は4mΩ・cm2程度である。一方、トレンチTRの深さHを深くする、または、トレンチ寸法(L2+L3)を微細化すれば、H/(L2+L3)の値は5.00となり、この時のチャネル抵抗は、0.2mΩ・cm2程度であり、無視できる程に小さい。 For example, when the value of H / (L2 + L3) is 0.25, the channel resistance is about 4 mΩ · cm 2 . On the other hand, if the depth H of the trench TR is increased or the trench dimension (L2 + L3) is reduced, the value of H / (L2 + L3) becomes 5.00, and the channel resistance at this time is 0.2 mΩ · cm. About 2 and small enough to be ignored.

図6は、順方向劣化抑制のために、図5の状態から更にSiC−SBD形成領域DRの寸法を大きくした場合である。すなわち、図6は、Y方向におけるSiCパワーMISFET形成領域MRの寸法が7μmであり、Y方向におけるSiC−SBD形成領域DRの寸法が13μmであり、素子寸法が20μmの場合である。   FIG. 6 shows a case where the size of the SiC-SBD formation region DR is further increased from the state of FIG. 5 in order to suppress the forward degradation. That is, FIG. 6 shows a case where the size of the SiC power MISFET formation region MR in the Y direction is 7 μm, the size of the SiC-SBD formation region DR in the Y direction is 13 μm, and the element size is 20 μm.

例えば、H/(L2+L3)の値が0.25の時、チャネル抵抗は、8mΩ・cm2程度であり、図5と比較して高抵抗化している。一方、トレンチTRの深さHを深くする、または、トレンチ寸法(L2+L3)を微細化すれば、H/(L2+L3)の値は0.50となり、この時のチャネル抵抗は4mΩ・cm2程度である。また、H/(L2+L3)の値が5.00の時、チャネル抵抗は、0.4mΩ・cm2程度であり、無視できる程に小さい。 For example, when the value of H / (L2 + L3) is 0.25, the channel resistance is about 8 mΩ · cm 2, which is higher than that in FIG. On the other hand, if the depth H of the trench TR is increased or the trench dimension (L2 + L3) is reduced, the value of H / (L2 + L3) becomes 0.50, and the channel resistance at this time is about 4 mΩ · cm 2 . is there. When the value of H / (L2 + L3) is 5.00, the channel resistance is about 0.4 mΩ · cm 2, which is negligibly small.

以上の図5および図6の結果から、トレンチ寸法(L2+L3)に対するトレンチTRの深さHの比率、すなわちH/(L2+L3)の値が0.25以上、5.00以下であることが好ましく、H/(L2+L3)の値が0.50以上、5.00以下であることが、より好ましい。そして、更なる半導体装置の微細化のためには、トレンチTRの深さHが、トレンチ寸法(L2+L3)よりも大きいことが、より好ましい。すなわち、H/(L2+L3)の値が1.00より大きいことが、より好ましい。   From the results of FIGS. 5 and 6, the ratio of the depth H of the trench TR to the trench dimension (L2 + L3), that is, the value of H / (L2 + L3) is preferably 0.25 or more and 5.00 or less, It is more preferable that the value of H / (L2 + L3) is 0.50 or more and 5.00 or less. For further miniaturization of the semiconductor device, it is more preferable that the depth H of the trench TR is larger than the trench dimension (L2 + L3). That is, it is more preferable that the value of H / (L2 + L3) is larger than 1.00.

このように、本実施の形態では、素子寸法(SiCパワーMISFET形成領域MRの寸法とSiC−SBD形成領域DRの寸法との合計寸法)に依存することなく、トレンチ寸法(L2+L3)に対するトレンチTRの深さHの比率、すなわちH/(L2+L3)の値を調整することで、チャネル抵抗を変更でき、チャネル抵抗の高抵抗化を抑制することができる。   As described above, in the present embodiment, the trench TR with respect to the trench size (L2 + L3) does not depend on the element size (the total size of the size of the SiC power MISFET formation region MR and the size of the SiC-SBD formation region DR). By adjusting the ratio of the depth H, that is, the value of H / (L2 + L3), the channel resistance can be changed, and the increase in the channel resistance can be suppressed.

以上のように、本実施の形態では、同一の半導体チップ1内にSiCパワーMISFETとSiC−SBDとを混載させたことで、pnダイオードであるボディダイオードのVfよりも、SiC−SBDのVfを十分に低くすることが可能となり、かつ、チャネル抵抗の高抵抗化を抑制することができる。その結果、オン抵抗の高抵抗化を抑制することができ、半導体装置の性能を向上させることができる。 As described above, in the present embodiment, the SiC power MISFET and the SiC-SBD are mixedly mounted in the same semiconductor chip 1, so that the Vf of the SiC-SBD is higher than the Vf of the body diode which is a pn diode. f can be sufficiently reduced, and the increase in channel resistance can be suppressed. As a result, an increase in on-resistance can be suppressed, and the performance of the semiconductor device can be improved.

<本実施の形態の半導体装置の製造方法>
以下に、図7〜図20を用いて、本実施の形態の半導体装置の製造方法を説明する。図7は、半導体装置の製造方法の概略を説明する大工程図である。図8〜図20は、半導体装置の製造方法を示す断面図であり、図4と同様にA−A断面を示している。
<Method of Manufacturing Semiconductor Device of Present Embodiment>
Hereinafter, a method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a large process diagram schematically illustrating a method for manufacturing a semiconductor device. 8 to 20 are cross-sectional views showing a method for manufacturing a semiconductor device, and show AA cross sections as in FIG.

なお、本実施の形態における各構成の深さおよび不純物濃度などのパラメータは、上述した内容と同じであるので、以降の説明では、これらの説明を省略する。   Note that parameters such as the depth and the impurity concentration of each component in the present embodiment are the same as those described above, and thus description thereof will be omitted in the following description.

<大工程P1>
図7の大工程P1について説明する。大工程P1は、主に、n-型のエピタキシャル層12の形成工程である。
<Large process P1>
The large process P1 in FIG. 7 will be described. The large process P1 is mainly a process of forming the n -type epitaxial layer 12.

まず、図8に示されるように、n型の半導体基板11を用意する。半導体基板11は、例えば窒素(N)のようなn型不純物が導入された4H−SiC基板である。また、n型の半導体基板11は、Si面およびC面の両面を有するが、n型の半導体基板11の表面はSi面またはC面のどちらでもよい。   First, as shown in FIG. 8, an n-type semiconductor substrate 11 is prepared. The semiconductor substrate 11 is a 4H-SiC substrate into which an n-type impurity such as nitrogen (N) has been introduced. The n-type semiconductor substrate 11 has both a Si surface and a C surface, but the surface of the n-type semiconductor substrate 11 may be either a Si surface or a C surface.

次に、n型の半導体基板11の表面上に、エピタキシャル成長法により、炭化珪素(SiC)からなるn-型のエピタキシャル層12を形成する。n-型のエピタキシャル層12の不純物濃度は、SiC半導体素子の素子定格に依存するが、例えば1×1014〜1×1017cm-3の範囲である。 Next, an n -type epitaxial layer 12 made of silicon carbide (SiC) is formed on the surface of the n-type semiconductor substrate 11 by an epitaxial growth method. The impurity concentration of the n -type epitaxial layer 12 depends on the device rating of the SiC semiconductor device, but is, for example, in the range of 1 × 10 14 to 1 × 10 17 cm −3 .

なお、上述のように、まずn型の半導体基板11を用意し、その後、n型の半導体基板11上にn-型のエピタキシャル層12を形成してもよいが、予め、n型の半導体基板11上にn-型のエピタキシャル層12が形成されたSiCエピタキシャル基板を購入してもよい。すなわち、本実施の形態では、n-型のエピタキシャル層12が形成されたn型の半導体基板11が、何れかの手段によって用意されていればよい。 As described above, first, the n-type semiconductor substrate 11 is prepared, and then the n -type epitaxial layer 12 may be formed on the n-type semiconductor substrate 11. An SiC epitaxial substrate having the n -type epitaxial layer 12 formed on the substrate 11 may be purchased. That is, in the present embodiment, the n-type semiconductor substrate 11 on which the n -type epitaxial layer 12 is formed may be prepared by any means.

<大工程P2>
図7の大工程P2について説明する。大工程P2は、主に、イオン注入による各不純物領域の形成工程である。
<Large process P2>
The large process P2 in FIG. 7 will be described. The large process P2 is a process of forming each impurity region mainly by ion implantation.

まず、図8に示されるように、n型の半導体基板11の裏面に、イオン注入法によって、例えば窒素を導入することで、n+型のドレイン領域13を形成する。 First, as shown in FIG. 8, an n + -type drain region 13 is formed on the back surface of the n-type semiconductor substrate 11 by, for example, introducing nitrogen by ion implantation.

次に、図9に示されるように、n-型のエピタキシャル層12の表面を選択的に覆うマスクパターンMP1を形成する。マスクパターンMP1を構成する材料としては、無機材料であるSiO2膜、Si膜若しくはSiN膜、または、有機材料であるレジスト膜若しくはポリイミド膜を用いることができる。また、マスクパターンMP1の厚さは、例えば1.0〜3.0μmである。また、後の工程において、n型のJFET領域16となる部分を覆うマスクパターンMP1の幅は、1.0〜5.0μm程度であり、SBD領域となる部分を覆うマスクパターンMP1の幅は1.0〜10μm程度である。 Next, as shown in FIG. 9, a mask pattern MP1 that selectively covers the surface of the n -type epitaxial layer 12 is formed. As a material constituting the mask pattern MP1, an inorganic material such as a SiO 2 film, a Si film or a SiN film, or an organic material such as a resist film or a polyimide film can be used. The thickness of the mask pattern MP1 is, for example, 1.0 to 3.0 μm. In a later step, the width of the mask pattern MP1 covering the portion to be the n-type JFET region 16 is about 1.0 to 5.0 μm, and the width of the mask pattern MP1 covering the portion to be the SBD region is 1 It is about 0.0 to 10 μm.

次に、マスクパターンMP1をマスクとして、例えばアルミニウムをイオン注入することで、n-型のエピタキシャル層12内に、p+型のボディ領域14を形成する。その後、マスクパターンMP1は除去される。 Next, using the mask pattern MP1 as a mask, for example, aluminum is ion-implanted to form a p + -type body region 14 in the n -type epitaxial layer 12. After that, the mask pattern MP1 is removed.

なお、図示は省略するが、マスクパターンMP1には図1に示されるp+型のFLR5を開口するパターンも形成されている。従って、p+型のボディ領域14の形成工程と同じ工程によって、p+型のFLR5も形成される。また、終端部の構造は、p+型のFLR5に限定されるものではなく、例えばジャンクション・ターミネーション・エクステンション(JTE:Junction Termination Extension)構造であってもよい。 Although not shown, a pattern for opening the p + -type FLR 5 shown in FIG. 1 is also formed in the mask pattern MP1. Therefore, the same steps as the formation of the p + -type body region 14, p + -type FLR5 also formed. Further, the structure of the terminal portion is not limited to the p + -type FLR5, and may be, for example, a junction termination extension (JTE) structure.

次に、図10に示されるように、n-型のエピタキシャル層12の表面を選択的に覆うマスクパターンMP2を形成する。マスクパターンMP2の材料は、マスクパターンMP1と同じであり、マスクパターンMP2の厚さは、例えば0.5〜3.0μmである。 Next, as shown in FIG. 10, a mask pattern MP2 that selectively covers the surface of the n -type epitaxial layer 12 is formed. The material of the mask pattern MP2 is the same as the material of the mask pattern MP1, and the thickness of the mask pattern MP2 is, for example, 0.5 to 3.0 μm.

次に、マスクパターンMP2をマスクとして、例えばアルミニウムをイオン注入することで、p+型のボディ領域14内に、p++型のボディ電位固定領域15を形成する。その後、マスクパターンMP2は除去される。 Next, using the mask pattern MP2 as a mask, for example, aluminum is ion-implanted to form a p ++ -type body potential fixing region 15 in the p + -type body region 14. After that, the mask pattern MP2 is removed.

次に、図11に示されるように、n-型のエピタキシャル層12の表面を選択的に覆うマスクパターンMP3を形成する。マスクパターンMP3の材料は、マスクパターンMP1と同じであり、マスクパターンMP3の厚さは、例えば1.0〜5.0μmである。 Next, as shown in FIG. 11, a mask pattern MP3 that selectively covers the surface of the n -type epitaxial layer 12 is formed. The material of the mask pattern MP3 is the same as the material of the mask pattern MP1, and the thickness of the mask pattern MP3 is, for example, 1.0 to 5.0 μm.

次に、マスクパターンMP3をマスクとして、例えば窒素をイオン注入することで、n-型のエピタキシャル層12内に、n型のJFET領域16を形成する。次に、マスクパターンMP3をマスクとして、例えばアルミニウムをイオン注入することで、n型のJFET領域16の表面に、p+型の電界緩和領域17を形成する。その後、マスクパターンMP3は除去される。 Next, using the mask pattern MP3 as a mask, for example, nitrogen is ion-implanted to form an n-type JFET region 16 in the n -type epitaxial layer 12. Next, using the mask pattern MP3 as a mask, for example, aluminum is ion-implanted to form ap + -type electric field relaxation region 17 on the surface of the n-type JFET region 16. After that, the mask pattern MP3 is removed.

次に、図12に示されるように、n-型のエピタキシャル層12の表面を選択的に覆うマスクパターンMP4を形成する。マスクパターンMP4の材料は、マスクパターンMP1と同じであり、マスクパターンMP4の厚さは、例えば0.5〜3.0μmである。 Next, as shown in FIG. 12, a mask pattern MP4 that selectively covers the surface of the n -type epitaxial layer 12 is formed. The material of the mask pattern MP4 is the same as that of the mask pattern MP1, and the thickness of the mask pattern MP4 is, for example, 0.5 to 3.0 μm.

次に、マスクパターンMP4をマスクとして、例えば窒素をイオン注入することで、p+型のボディ領域14内と、n型のJFET領域16内とに跨る位置に、n+型の電流拡散領域18を形成する。次に、マスクパターンMP4をマスクとして、例えばアルミニウムをイオン注入することで、n型のJFET領域16の表面に形成されたp+型の電界緩和領域17に接続するように、n+型の電流拡散領域18の表面に、p+型の電界緩和領域17を形成する。これにより、p+型の電界緩和領域17は、n+型の電流拡散領域18内およびn型のJFET領域16内に跨るように形成される。その後、マスクパターンMP4は除去される。 Next, using the mask pattern MP4 as a mask, nitrogen is ion-implanted, for example, so that the n + -type current diffusion region 18 is located at a position extending between the p + -type body region 14 and the n-type JFET region 16. To form Next, using the mask pattern MP4 as a mask, for example, aluminum is ion-implanted so that the n + -type current is connected to the p + -type electric field relaxation region 17 formed on the surface of the n-type JFET region 16. A p + -type electric field relaxation region 17 is formed on the surface of the diffusion region 18. As a result, the p + -type electric field relaxation region 17 is formed so as to extend over the n + -type current diffusion region 18 and the n-type JFET region 16. After that, the mask pattern MP4 is removed.

次に、図13に示されるように、n-型のエピタキシャル層12の表面を選択的に覆うマスクパターンMP5を形成する。マスクパターンMP5の材料は、マスクパターンMP1と同じであり、マスクパターンMP5の厚さは、例えば1.0〜4.0μmである。 Next, as shown in FIG. 13, a mask pattern MP5 that selectively covers the surface of the n -type epitaxial layer 12 is formed. The material of the mask pattern MP5 is the same as the material of the mask pattern MP1, and the thickness of the mask pattern MP5 is, for example, 1.0 to 4.0 μm.

次に、マスクパターンMP5をマスクとして、例えば窒素をイオン注入することで、p+型のボディ領域14内に、n++型のソース領域19を形成する。なお、図示は省略するが、マスクパターンMP5には図1に示されるn++型のガードリング4を開口するパターンも形成されている。従って、n++型のソース領域19の形成工程と同じ工程によって、n++型のガードリング4も形成される。その後、マスクパターンMP5は除去される。 Next, using the mask pattern MP5 as a mask, for example, nitrogen is ion-implanted to form an n ++ -type source region 19 in the p + -type body region 14. Although not shown, a pattern for opening the n ++ type guard ring 4 shown in FIG. 1 is also formed in the mask pattern MP5. Therefore, the same steps as forming the n ++ -type source region 19, n ++ type guard ring 4 is also formed. After that, the mask pattern MP5 is removed.

<大工程P3>
図7の大工程P3について説明する。大工程P3は、主に、各不純物領域に含まれる不純物を活性化させるためのアニール(熱処理)工程である。
<Large process P3>
The large process P3 in FIG. 7 will be described. The major step P3 is mainly an annealing (heat treatment) step for activating impurities contained in each impurity region.

図14に示されるように、n-型のエピタキシャル層12の表面上、および、半導体基板11の裏面上に、例えばプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法によって、炭素(C)膜CFを堆積する。炭素膜CFの厚さは、例えば0.03μmである。n-型のエピタキシャル層12の表面および半導体基板11の裏面が、炭素膜CFによって覆われた状態で、アニール工程を実施する。このアニール工程は、1500℃以上、2〜3分間程度の条件で実施される。このアニール工程によって、各不純物領域に含まれる不純物が活性化される。その後、炭素膜CFは、例えば酸素プラズマ処理によって除去される。 As shown in FIG. 14, a carbon (C) film CF is deposited on the surface of the n -type epitaxial layer 12 and on the back surface of the semiconductor substrate 11 by, for example, a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method. The thickness of the carbon film CF is, for example, 0.03 μm. The annealing step is performed in a state where the surface of the n -type epitaxial layer 12 and the back surface of the semiconductor substrate 11 are covered with the carbon film CF. This annealing step is performed at a temperature of 1500 ° C. or higher for about 2 to 3 minutes. By this annealing step, the impurities contained in each impurity region are activated. Thereafter, the carbon film CF is removed by, for example, oxygen plasma processing.

<大工程P4>
図7の大工程P4について説明する。大工程P4は、主に、トレンチTRおよびゲート電極21の形成工程である。
<Large process P4>
The large process P4 in FIG. 7 will be described. The large process P4 is mainly a process of forming the trench TR and the gate electrode 21.

まず、図15に示されるように、n-型のエピタキシャル層12の表面を選択的に覆うマスクパターンMP6を形成する。マスクパターンMP6の材料は、マスクパターンMP1と同じであり、マスクパターンMP6の厚さは、例えば0.5〜2.0μmである。 First, as shown in FIG. 15, a mask pattern MP6 that selectively covers the surface of the n -type epitaxial layer 12 is formed. The material of the mask pattern MP6 is the same as that of the mask pattern MP1, and the thickness of the mask pattern MP6 is, for example, 0.5 to 2.0 μm.

次に、マスクパターンMP6をマスクとしてドライエッチング処理を行うことで、n++型のソース領域19を貫通し、p+型のボディ領域14に達するトレンチTRを形成する。また、トレンチTRは、p+型の電界緩和領域17およびn+型の電流拡散領域18も貫通するように形成されている。トレンチTRの底面は、p+型のボディ領域14内に位置している。その後、マスクパターンMP6は除去される。 Next, by performing dry etching using the mask pattern MP6 as a mask, a trench TR that penetrates the n ++ -type source region 19 and reaches the p + -type body region 14 is formed. Further, trench TR is formed so as to penetrate p + -type electric field relaxation region 17 and n + -type current diffusion region 18. The bottom surface of trench TR is located in p + -type body region 14. After that, the mask pattern MP6 is removed.

次に、図16に示されるように、トレンチTRの各側面上および底面上、並びに、n-型のエピタキシャル層12の表面上に、例えばCVD法によって、例えば酸化シリコン膜のような絶縁膜であるゲート絶縁膜20を形成する。 Next, as shown in FIG. 16, an insulating film such as a silicon oxide film is formed on each side surface and bottom surface of the trench TR and on the surface of the n -type epitaxial layer 12 by, for example, the CVD method. A certain gate insulating film 20 is formed.

次に、ゲート絶縁膜20上に、例えばCVD法によって、例えばn型またはp型の不純物が導入された多結晶シリコン膜のような導電性膜21aを形成する。   Next, a conductive film 21a such as a polycrystalline silicon film into which an n-type or p-type impurity is introduced is formed on the gate insulating film 20 by, for example, a CVD method.

次に、図17に示されるように、導電性膜21aの表面を選択的に覆うマスクパターンMP7を形成する。マスクパターンMP7の材料は、マスクパターンMP1と同じであり、マスクパターンMP7の厚さは、例えば0.5〜2.0μmである。   Next, as shown in FIG. 17, a mask pattern MP7 that selectively covers the surface of the conductive film 21a is formed. The material of the mask pattern MP7 is the same as that of the mask pattern MP1, and the thickness of the mask pattern MP7 is, for example, 0.5 to 2.0 μm.

次に、マスクパターンMP7をマスクとしてドライエッチング処理を行うことで、マスクパターンMP7から露出している導電性膜21aを除去し、導電性膜21aが加工されたゲート電極21を形成する。その後、マスクパターンMP7は除去される。   Next, by performing dry etching using the mask pattern MP7 as a mask, the conductive film 21a exposed from the mask pattern MP7 is removed, and the gate electrode 21 on which the conductive film 21a is processed is formed. After that, the mask pattern MP7 is removed.

<大工程P5>
図7の大工程P5について説明する。大工程P5は、主に、ソース配線用電極(SBD電極)2の形成工程である。
<Large process P5>
The large process P5 in FIG. 7 will be described. The large process P5 is a process for forming the source wiring electrode (SBD electrode) 2 mainly.

まず、図18に示されるように、ゲート電極21を覆うように、n-型のエピタキシャル層12上に、例えばCVD法によって、例えば酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜22を形成する。この後、必要に応じて、CMP(Chemical Mechanical Polishing)法などを用いて層間絶縁膜22を研磨し、層間絶縁膜22の表面を平坦化してもよい。 First, as shown in FIG. 18, an interlayer insulating film 22 made of, for example, a silicon oxide film is formed on the n -type epitaxial layer 12 by, for example, a CVD method so as to cover the gate electrode 21. Thereafter, if necessary, the interlayer insulating film 22 may be polished by using a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method or the like, and the surface of the interlayer insulating film 22 may be planarized.

次に、図19に示されるように、ゲート電極21を覆い、且つ、n-型のエピタキシャル層12の一部を選択的に覆うマスクパターンMP8を形成する。マスクパターンMP8の材料は、マスクパターンMP1と同じであり、マスクパターンMP8の厚さは、例えば1.0〜3.0μmである。 Next, as shown in FIG. 19, a mask pattern MP8 that covers the gate electrode 21 and selectively covers a part of the n -type epitaxial layer 12 is formed. The material of the mask pattern MP8 is the same as that of the mask pattern MP1, and the thickness of the mask pattern MP8 is, for example, 1.0 to 3.0 μm.

次に、マスクパターンMP8をマスクとして、ドライエッチング処理またはウェットエッチング処理を行うことで、マスクパターンMP8から露出している層間絶縁膜22およびゲート絶縁膜20を除去し、層間絶縁膜22に開口部OP1を形成する。ここで、ゲート電極21は層間絶縁膜22によって覆われており、開口部OP1の底部において、n++型のソース領域19の一部、p++型のボディ電位固定領域15、および、SiC−SBD形成領域DRのn-型のエピタキシャル層12が露出している。なお、図示は省略するが、ゲート電極21の一部上に形成されるマスクパターンMP8には、図1に示されるゲート配線用電極3を埋め込むための開口パターンも形成されている。従って、開口部OP1の形成工程と同じ工程によって、層間絶縁膜22にはゲート電極21の一部を開口する開口部も形成される。その後、マスクパターンMP8は除去される。 Next, by performing a dry etching process or a wet etching process using the mask pattern MP8 as a mask, the interlayer insulating film 22 and the gate insulating film 20 exposed from the mask pattern MP8 are removed, and an opening is formed in the interlayer insulating film 22. OP1 is formed. Here, the gate electrode 21 is covered with the interlayer insulating film 22, and at the bottom of the opening OP1, a part of the n ++ -type source region 19, the p ++ -type body potential fixing region 15, and the SiC -The n -type epitaxial layer 12 in the SBD formation region DR is exposed. Although not shown, an opening pattern for embedding the gate wiring electrode 3 shown in FIG. 1 is also formed in the mask pattern MP8 formed on a part of the gate electrode 21. Therefore, an opening that opens a part of the gate electrode 21 is also formed in the interlayer insulating film 22 by the same process as the formation process of the opening OP1. After that, the mask pattern MP8 is removed.

次に、図20に示されるように、開口部OP1の内部および層間絶縁膜22上に、例えばスパッタリング法によって、例えばチタン膜のような導電性膜からなるバリアメタル膜23を形成する。次に、バリアメタル膜23上に、例えばスパッタリング法によって、例えばアルミニウム膜のような導電性膜からなるソース配線用電極2を形成する。   Next, as shown in FIG. 20, a barrier metal film 23 made of a conductive film such as a titanium film is formed by sputtering, for example, inside the opening OP1 and on the interlayer insulating film 22. Next, the source wiring electrode 2 made of a conductive film such as an aluminum film is formed on the barrier metal film 23 by, for example, a sputtering method.

開口部OP1内に埋め込まれたソース配線用電極2は、バリアメタル膜23を介して、n++型のソース領域19の一部、p++型のボディ電位固定領域15、および、SiC−SBD形成領域DRのn-型のエピタキシャル層12に接続している。SiC−SBD形成領域DRのn-型のエピタキシャル層12に接続しているバリアメタル膜23は、ショットキーコンタクト部を構成する。 The source wiring electrode 2 buried in the opening OP1 is part of the n ++ -type source region 19, the p ++ -type body potential fixing region 15, and the SiC- It is connected to the n type epitaxial layer 12 in the SBD formation region DR. The barrier metal film 23 connected to the n -type epitaxial layer 12 in the SiC-SBD formation region DR forms a Schottky contact portion.

また、図示はしないが、上述のように、層間絶縁膜22にはゲート電極21の一部を開口する開口部も形成されている。図1に示されるゲート配線用電極3は、ソース配線用電極2と同じ工程で形成され、この開口部内に形成される。SiCパワーMISFET形成領域MRのゲート電極21の一部に接続しているバリアメタル膜23およびゲート配線用電極3は、オーミックコンタクト部を構成している。   Although not shown, an opening for partially opening the gate electrode 21 is also formed in the interlayer insulating film 22 as described above. The gate wiring electrode 3 shown in FIG. 1 is formed in the same step as the source wiring electrode 2, and is formed in this opening. The barrier metal film 23 and the gate wiring electrode 3 connected to a part of the gate electrode 21 in the SiC power MISFET formation region MR constitute an ohmic contact portion.

その後、図示はしないが、ソース配線用電極2上およびゲート配線用電極3上に、例えば酸化シリコン膜またはポリイミド膜のような保護膜を形成し、この保護膜にソース配線用電極2の一部およびゲート配線用電極3の一部を開口する開口部を形成する。この開口部から露出した領域が、ソースパッド2aおよびゲートパッド3aとなる。   Thereafter, although not shown, a protective film such as a silicon oxide film or a polyimide film is formed on the source wiring electrode 2 and the gate wiring electrode 3, and a part of the source wiring electrode 2 is formed on the protective film. In addition, an opening for opening a part of the gate wiring electrode 3 is formed. The regions exposed from this opening become the source pad 2a and the gate pad 3a.

以上の工程を経た後、半導体基板11の裏面にシリサイド層24およびドレイン配線用電極25を形成することで、図3に示される構造を得られる。   After the above steps, the silicide layer 24 and the drain wiring electrode 25 are formed on the back surface of the semiconductor substrate 11 to obtain the structure shown in FIG.

まず、n+型のドレイン領域13に、例えばスパッタリング法によって、例えばニッケル(Ni)膜のような金属膜を形成する。この金属膜の厚さは、例えば0.1μmである。次に、この金属膜に対してレーザーを用いた熱処理を施す。この熱処理によって、金属膜とn+型のドレイン領域13を反応させ、n+型のドレイン領域13の下面全体に、金属膜に含まれる材料と、n+型のドレイン領域13に含まれる材料との化合物であるシリサイド層24が形成される。シリサイド層24は、例えばニッケルシリサイド(NiSi)からなる。その後、シリサイド化しなかった未反応の上記金属膜を、例えばウェットエッチング処理によって除去する。 First, a metal film such as a nickel (Ni) film is formed in the n + -type drain region 13 by, for example, a sputtering method. The thickness of this metal film is, for example, 0.1 μm. Next, the metal film is subjected to a heat treatment using a laser. By this heat treatment, the metal film and the n + -type drain region 13 react with each other, and the material included in the metal film and the material included in the n + -type drain region 13 are formed on the entire lower surface of the n + -type drain region 13. Is formed. The silicide layer 24 is made of, for example, nickel silicide (NiSi). Thereafter, the unreacted metal film that has not been silicided is removed by, for example, wet etching.

次に、シリサイド層24の下面に、ドレイン配線用電極25を形成する。ドレイン配線用電極25は、例えばスパッタリング法によって、チタン膜、ニッケル膜および金膜を順次積層させることで得られる。なお、ドレイン配線用電極25は、これらの積層膜ではなく、これらのうちの1つからなる単層膜であってもよいし、これらとは別の導電性膜であってもよい。   Next, the drain wiring electrode 25 is formed on the lower surface of the silicide layer 24. The drain wiring electrode 25 is obtained by sequentially stacking a titanium film, a nickel film, and a gold film by, for example, a sputtering method. The drain wiring electrode 25 is not limited to these laminated films, and may be a single layer film composed of one of them, or may be a conductive film different from these.

以上により、本実施の形態の半導体装置が製造される。   As described above, the semiconductor device of the present embodiment is manufactured.

(実施の形態2)
以下に、図21および図22を用いて、実施の形態2の半導体装置を説明する。なお、以下の説明では、実施の形態1との相違点を主に説明する。
(Embodiment 2)
Hereinafter, the semiconductor device of the second embodiment will be described with reference to FIGS. In the following description, differences from the first embodiment will be mainly described.

図21は、実施の形態2の半導体装置の要部斜視図であり、実施の形態1と同様に、アクティブ領域6に形成された半導体素子であるSiCパワーMISFETおよびSiC−SBDが示されている。図22は、図21に示されるA−A線に沿った断面図である。なお、B−B線に沿った断面図は、実施の形態1の図4と同様である。   FIG. 21 is a perspective view of a main part of the semiconductor device of the second embodiment, and shows a SiC power MISFET and a SiC-SBD which are semiconductor elements formed in the active region 6 as in the first embodiment. . FIG. 22 is a sectional view taken along line AA shown in FIG. The cross-sectional view along the line BB is the same as FIG. 4 of the first embodiment.

図22に示されるように、実施の形態2と実施の形態1との相違点は、SiCパワーMISFET形成領域MRの層間絶縁膜22に、開口部OP2が形成され、SiC−SBD形成領域DRの層間絶縁膜22に、開口部OP3が形成されていることである。そして、SiCパワーMISFET形成領域MRの開口部OP2の底部では、より確実なオーミックコンタクトを実現するため、シリサイド層26が形成されている。   As shown in FIG. 22, the difference between the second embodiment and the first embodiment is that an opening OP2 is formed in the interlayer insulating film 22 in the SiC power MISFET formation region MR and the SiC-SBD formation region DR An opening OP3 is formed in the interlayer insulating film 22. Then, at the bottom of the opening OP2 in the SiC power MISFET formation region MR, a silicide layer 26 is formed in order to realize more reliable ohmic contact.

SiC−SBD形成領域DRにおいて、層間絶縁膜22には、n-型のエピタキシャル層12およびp++型のボディ電位固定領域15の一部を開口する開口部OP3が形成されている。開口部OP3内には、バリアメタル膜23およびソース配線用電極2が形成され、バリアメタル膜23は、n-型のエピタキシャル層12に直接接続し、ショットキーコンタクト部を構成している。 In the SiC-SBD formation region DR, an opening OP3 that opens a part of the n -type epitaxial layer 12 and the p ++ -type body potential fixing region 15 is formed in the interlayer insulating film 22. A barrier metal film 23 and a source wiring electrode 2 are formed in the opening OP3. The barrier metal film 23 is directly connected to the n -type epitaxial layer 12 to form a Schottky contact portion.

SiCパワーMISFET形成領域MRにおいて、層間絶縁膜22には、n++型のソース領域19の一部およびp++型のボディ電位固定領域15の一部を開口する開口部OP2が形成されている。開口部OP2内には、シリサイド層26が形成され、シリサイド層26上にバリアメタル膜23およびソース配線用電極2が形成されている。シリサイド層26は、バリアメタル膜23を構成する材料よりも低い抵抗値を有し、バリアメタル膜23とは異なる材料からなり、例えばニッケルシリサイド(NiSi)からなる。ソース配線用電極2は、シリサイド層26およびバリアメタル膜23を介して、n++型のソース領域19の一部およびp++型のボディ電位固定領域15の一部に接続し、オーミックコンタクト部を構成している。 In the SiC power MISFET formation region MR, an opening OP2 that opens a part of the n ++ source region 19 and a part of the p ++ body potential fixing region 15 is formed in the interlayer insulating film 22. I have. A silicide layer 26 is formed in the opening OP2, and a barrier metal film 23 and a source wiring electrode 2 are formed on the silicide layer 26. The silicide layer 26 has a lower resistance than the material forming the barrier metal film 23, and is made of a material different from that of the barrier metal film 23, for example, nickel silicide (NiSi). The source wiring electrode 2 is connected to a part of the n ++ -type source region 19 and a part of the p ++ -type body potential fixing region 15 via the silicide layer 26 and the barrier metal film 23, and forms an ohmic contact. Unit.

すなわち、実施の形態2では、SiCパワーMISFET形成領域MRにおいて、n++型のソース領域19の一部およびp++型のボディ電位固定領域15に、シリサイド層26が直接接することで、より確実なオーミックコンタクトを実現している。従って、半導体装置の性能を更に向上させることができる。 That is, in the second embodiment, in the SiC power MISFET formation region MR, the silicide layer 26 is in direct contact with a part of the n ++ -type source region 19 and the p ++ -type body potential fixing region 15, thereby increasing the Realized reliable ohmic contact. Therefore, the performance of the semiconductor device can be further improved.

また、SiCパワーMISFET形成領域MRにおいて、オーミックコンタクト部をより適切な構造とするために、シリサイド層26を構成する材料は、ニッケルシリサイドに限られず、例えばコバルトシリサイド(CoSi2)のような他の材料であってもよい。 In the SiC power MISFET formation region MR, the material constituting the silicide layer 26 is not limited to nickel silicide, and may be made of another material such as cobalt silicide (CoSi 2 ) in order to make the ohmic contact portion more appropriate. It may be a material.

なお、開口部OP2の形成位置が、開口部OP3の形成位置に接近しすぎないようにするため、図22に示されるように、SiCパワーMISFET形成領域MRとSiC−SBD形成領域DRとの境界に位置するp++型のボディ電位固定領域15のY方向における幅を、実施の形態1よりも広げてもよい。 In order to prevent the formation position of the opening OP2 from being too close to the formation position of the opening OP3, as shown in FIG. 22, the boundary between the SiC power MISFET formation region MR and the SiC-SBD formation region DR. The width in the Y direction of the p ++ -type body potential fixing region 15 located in the region may be wider than in the first embodiment.

<実施の形態2の半導体装置の製造方法>
以下に、図23〜図25を用いて、実施の形態2の半導体装置の製造方法を説明する。実施の形態2の製造方法は、図18までは実施の形態1と同様であり、図23は、図18に続く製造工程を示している。
<Method of Manufacturing Semiconductor Device of Second Embodiment>
Hereinafter, a method for manufacturing the semiconductor device of the second embodiment will be described with reference to FIGS. The manufacturing method of the second embodiment is the same as that of the first embodiment up to FIG. 18, and FIG. 23 shows a manufacturing process following FIG.

まず、図23に示されるように、ゲート電極21およびSiC−SBD形成領域DRのn-型のエピタキシャル層12を覆い、且つ、n++型のソース領域19の一部およびp++型のボディ電位固定領域15の一部を開口するマスクパターンMP9を形成する。マスクパターンMP9の材料は、マスクパターンMP1と同じであり、マスクパターンMP9の厚さは、例えば1.0〜3.0μmである。 First, as shown in FIG. 23, the gate electrode 21 and the n -type epitaxial layer 12 of the SiC-SBD formation region DR are covered, and a part of the n + -type source region 19 and the p + -type A mask pattern MP9 that opens a part of the body potential fixing region 15 is formed. The material of the mask pattern MP9 is the same as the material of the mask pattern MP1, and the thickness of the mask pattern MP9 is, for example, 1.0 to 3.0 μm.

次に、マスクパターンMP9をマスクとして、ドライエッチング処理を行うことで、マスクパターンMP9から露出している層間絶縁膜22およびゲート絶縁膜20を除去し、層間絶縁膜22に開口部OP2を形成する。ここで、ゲート電極21およびSiC−SBD形成領域DRのn-型のエピタキシャル層12は層間絶縁膜22によって覆われており、開口部OP2の底面において、n++型のソース領域19の一部およびp++型のボディ電位固定領域15の一部が露出している。また、図示はしないが、開口部OP2の形成工程時に、層間絶縁膜22にはゲート電極21の一部を開口する開口部も形成される。その後、マスクパターンMP9は除去される。 Next, by performing dry etching using the mask pattern MP9 as a mask, the interlayer insulating film 22 and the gate insulating film 20 exposed from the mask pattern MP9 are removed, and an opening OP2 is formed in the interlayer insulating film 22. . Here, the gate electrode 21 and the n -type epitaxial layer 12 in the SiC-SBD formation region DR are covered with the interlayer insulating film 22, and a part of the n ++ -type source region 19 is formed on the bottom surface of the opening OP 2. And a part of the p ++ -type body potential fixing region 15 is exposed. Although not shown, an opening for partially opening the gate electrode 21 is also formed in the interlayer insulating film 22 during the step of forming the opening OP2. After that, the mask pattern MP9 is removed.

次に、図24に示されるように、開口部OP2内において、n++型のソース領域19の一部およびp++型のボディ電位固定領域15の一部の各々の表面上に、シリサイド層26を形成する。このシリサイド層26を形成するには、まず、開口部OP2内を含む層間絶縁膜22上に、例えばスパッタリング法によって、例えばニッケル(Ni)膜のような金属膜を堆積する。この金属膜の厚さは、例えば0.05μm程度である。 Next, as shown in FIG. 24, in the opening OP2, silicide is formed on the surface of each of a part of the n ++ source region 19 and a part of the p ++ body potential fixing region 15. A layer 26 is formed. To form the silicide layer 26, first, a metal film such as a nickel (Ni) film is deposited on the interlayer insulating film 22 including the inside of the opening OP2 by, for example, a sputtering method. The thickness of this metal film is, for example, about 0.05 μm.

次に、金属膜に対して、600〜1000℃の熱処理を施すことにより、金属膜に含まれる材料と、n++型のソース領域19およびp++型のボディ電位固定領域15に含まれる材料とが反応し、これらの化合物として、ニッケルシリサイド(NiSi)からなるシリサイド層26が形成される。また、図示はしないが、ゲート電極21の一部上に開口された開口部の底面においても、シリサイド層26が形成される。その後、未反応の金属膜を、例えば硫酸および過酸化水素水を含む溶液を用いたウェットエッチング処理によって、除去する。 Next, the metal film is subjected to a heat treatment at 600 to 1000 ° C. so that the material included in the metal film and the n ++ source region 19 and the p ++ body potential fixed region 15 are included. The material reacts to form a silicide layer 26 made of nickel silicide (NiSi) as these compounds. Although not shown, the silicide layer 26 is also formed on the bottom of the opening formed on a part of the gate electrode 21. Thereafter, the unreacted metal film is removed by, for example, wet etching using a solution containing sulfuric acid and aqueous hydrogen peroxide.

次に、図25に示されるように、SiC−SBD形成領域DRのn-型のエピタキシャル層12を開口するマスクパターンMP10を形成する。マスクパターンMP10の材料は、マスクパターンMP1と同じであり、マスクパターンMP10の厚さは、例えば1.0〜3.0μmである。 Next, as shown in FIG. 25, a mask pattern MP10 that opens the n -type epitaxial layer 12 in the SiC-SBD formation region DR is formed. The material of the mask pattern MP10 is the same as the material of the mask pattern MP1, and the thickness of the mask pattern MP10 is, for example, 1.0 to 3.0 μm.

次に、マスクパターンMP10をマスクとして、ウェットエッチング処理を行うことで、マスクパターンMP10から露出している層間絶縁膜22およびゲート絶縁膜20を除去し、層間絶縁膜22に開口部OP3を形成する。これにより、開口部OP3の底面において、SiC−SBD形成領域DRのn-型のエピタキシャル層12が露出する。その後、マスクパターンMP10は除去される。 Next, by performing wet etching using the mask pattern MP10 as a mask, the interlayer insulating film 22 and the gate insulating film 20 exposed from the mask pattern MP10 are removed, and an opening OP3 is formed in the interlayer insulating film 22. . Thus, the n -type epitaxial layer 12 in the SiC-SBD formation region DR is exposed at the bottom of the opening OP3. After that, the mask pattern MP10 is removed.

その後、実施の形態1の図20の工程が実施され、開口部OP2内および開口部OP3内に、バリアメタル膜23およびソース配線用電極2が埋め込まれる。以降の工程は、実施の形態1と同様である。   Thereafter, the step of FIG. 20 of the first embodiment is performed, and the barrier metal film 23 and the source wiring electrode 2 are buried in the openings OP2 and OP3. Subsequent steps are the same as in the first embodiment.

実施の形態2では、開口部OP2の形成工程にドライエッチング処理を実施し、開口部OP3の形成工程にウェットエッチング処理を実施している。SiC−SBD形成領域DRの開口部OP3の底面では、ショットキーコンタクト部を形成するため、n-型のエピタキシャル層12の表面がエッチングによるダメージを受けると、ショットキー特性が劣化する恐れがある。従って、開口部OP3の形成工程には、エッチングダメージの少ないウェットエッチング処理を適用することが好ましい。 In the second embodiment, dry etching is performed in the step of forming the opening OP2, and wet etching is performed in the step of forming the opening OP3. Since a Schottky contact is formed on the bottom surface of the opening OP3 in the SiC-SBD formation region DR, if the surface of the n -type epitaxial layer 12 is damaged by etching, the Schottky characteristics may be degraded. Therefore, in the step of forming the opening OP3, it is preferable to apply a wet etching process with little etching damage.

また、SiCパワーMISFET形成領域MRの開口部OP2の底面では、オーミックコンタクト部を形成するため、ショットキーコンタクト部よりもエッチングダメージを考慮する必要性が低い。更に、開口部OP3の底面では、シリサイド層26が形成される。このため、n++型のソース領域19の表面およびp++型のボディ電位固定領域15の表面にエッチングダメージが残っていたとしても、これらの表面は、シリサイド層26用の金属膜と反応し、シリサイド化される。従って、開口部OP2の底面では、エッチングダメージによる影響が少ない。そして、開口部OP2の口径は、開口部OP3の口径と比較して微細である。ドライエッチング処理は異方性エッチング処理であるため、等方性エッチング処理であるウェットエッチング処理よりも、微細なパターンを形成することに適している。以上の理由から、開口部OP2の形成工程には、ドライエッチング処理を適用することが好ましい。 Since the ohmic contact is formed on the bottom surface of the opening OP2 in the SiC power MISFET formation region MR, it is less necessary to consider etching damage than the Schottky contact. Further, a silicide layer 26 is formed on the bottom surface of the opening OP3. Therefore, even if etching damage remains on the surface of the n ++ -type source region 19 and the surface of the p ++ -type body potential fixing region 15, these surfaces react with the metal film for the silicide layer 26. And silicidation. Therefore, the bottom surface of the opening OP2 is less affected by the etching damage. The diameter of the opening OP2 is smaller than the diameter of the opening OP3. The dry etching is an anisotropic etching, and therefore is more suitable for forming a finer pattern than the wet etching which is an isotropic etching. For the above reasons, it is preferable to apply a dry etching process to the step of forming the opening OP2.

(実施の形態3)
以下に、図26および図27を用いて、実施の形態3の半導体装置を説明する。なお、以下の説明では、実施の形態1との相違点を主に説明する。
(Embodiment 3)
The semiconductor device according to the third embodiment will be described below with reference to FIGS. In the following description, differences from the first embodiment will be mainly described.

図26は、実施の形態3の半導体装置の要部斜視図であり、実施の形態1と同様に、アクティブ領域6に形成された半導体素子であるSiCパワーMISFETおよびSiC−SBDが示されている。図27は、図26に示されるA−A線に沿った断面図である。なお、B−B線に沿った断面図は、実施の形態1の図4と同様である。   FIG. 26 is a perspective view of a principal part of the semiconductor device of the third embodiment, and shows a SiC power MISFET and a SiC-SBD which are semiconductor elements formed in the active region 6, as in the first embodiment. . FIG. 27 is a sectional view taken along the line AA shown in FIG. The cross-sectional view along the line BB is the same as FIG. 4 of the first embodiment.

図26および図27に示されるように、実施の形態3と実施の形態1との相違点は、SiC−SBD形成領域DRには、ショットキーバリアダイオードの一種であるジャンクション・バリア・ショットキー・ダイオード(JBS:Junction Barrier Schottky)が形成されている。   As shown in FIGS. 26 and 27, the difference between the third embodiment and the first embodiment is that the SiC-SBD formation region DR includes a junction barrier Schottky diode, which is a kind of a Schottky barrier diode. A diode (JBS: Junction Barrier Schottky) is formed.

実施の形態3では、SiC−SBD形成領域DRのn-型のエピタキシャル層12に、複数のp++型の狭窄領域(不純物領域)27が形成されている。n-型のエピタキシャル層12と同様に、これらのp++型の狭窄領域27は、開口部OP1から露出しており、バリアメタル膜23を介してソース配線用電極2に電気的に接続している。 In the third embodiment, a plurality of p ++ -type confined regions (impurity regions) 27 are formed in the n -type epitaxial layer 12 in the SiC-SBD formation region DR. Similarly to the n type epitaxial layer 12, these p ++ type constricted regions 27 are exposed from the opening OP 1, and are electrically connected to the source wiring electrode 2 via the barrier metal film 23. ing.

JBSのVfは、実施の形態1のショットキーバリアダイオード(SiC−SBD)のVfよりも高くなるが、JBSはブロッキング時のリーク電流を低く抑えることができる。すなわち、JBSの動作時には、各p++型の狭窄領域27から空乏層が広がり、互いに隣接するp++型の狭窄領域27の間の電流経路を狭めることができるので、上記リーク電流を抑制することができる。 Although the Vf of the JBS is higher than the Vf of the Schottky barrier diode (SiC-SBD) of the first embodiment, the JBS can suppress the leakage current at the time of blocking. That is, when the operation of the JBS, a depletion layer spreads from each p ++ type confinement region 27, it is possible to narrow the current path between the p ++ type confinement region 27 adjacent to each other, suppress the leakage current can do.

また、p++型の狭窄領域27は、実施の形態1の図10で説明したマスクパターンMP2の開口パターンを変更することで、p++型のボディ電位固定領域15と同じ工程で形成することができる。このため、製造工程を新しく追加する必要がなく、製造コストの上昇を抑制することができる。また、p++型の狭窄領域27の深さ(厚さ)および不純物濃度などのパラメータは、p++型のボディ電位固定領域15と同様である。 Further, the p ++ -type constricted region 27 is formed in the same process as the p ++ -type body potential fixed region 15 by changing the opening pattern of the mask pattern MP2 described in FIG. 10 of the first embodiment. be able to. Therefore, it is not necessary to newly add a manufacturing process, and an increase in manufacturing cost can be suppressed. Parameters such as the depth (thickness) and impurity concentration of the p ++ -type constricted region 27 are the same as those of the p ++ -type body potential fixed region 15.

なお、実施の形態3に開示した技術を、実施の形態2の半導体装置に適用してもよい。その場合、p++型の狭窄領域27は、実施の形態2の開口部OP3内に位置することになる。 The technology disclosed in the third embodiment may be applied to the semiconductor device in the second embodiment. In this case, the p ++ -type constricted region 27 is located in the opening OP3 of the second embodiment.

(実施の形態4)
以下に、図28および図29を用いて、実施の形態4の半導体装置を説明する。なお、以下の説明では、実施の形態1との相違点を主に説明する。
(Embodiment 4)
Hereinafter, the semiconductor device of the fourth embodiment will be described with reference to FIGS. In the following description, differences from the first embodiment will be mainly described.

図28は、実施の形態4の半導体装置の要部斜視図であり、実施の形態1と同様に、アクティブ領域6に形成された半導体素子であるSiCパワーMISFETおよびSiC−SBDが示されている。図29は、図28に示されるA−A線に沿った断面図である。なお、B−B線に沿った断面図は、実施の形態1の図4と同様である。   FIG. 28 is a perspective view of a main part of the semiconductor device of the fourth embodiment, and shows a SiC power MISFET and a SiC-SBD which are semiconductor elements formed in the active region 6, as in the first embodiment. . FIG. 29 is a sectional view taken along the line AA shown in FIG. The cross-sectional view along the line BB is the same as FIG. 4 of the first embodiment.

図28および図29に示されるように、実施の形態4と実施の形態1との相違点は、Y方向におけるSiCパワーMISFET形成領域MRの寸法を広げ、SiCパワーMISFETが複数搭載されている点である。実施の形態1では、2つのSiCパワーMISFETが並列接続されていたが、実施の形態4では、4つのSiCパワーMISFETが並列接続され、これら4つのSiCパワーMISFETが1つのSiCパワーMISFET群を構成している。   As shown in FIGS. 28 and 29, the difference between the fourth embodiment and the first embodiment is that the size of the SiC power MISFET formation region MR in the Y direction is increased and a plurality of SiC power MISFETs are mounted. It is. In the first embodiment, two SiC power MISFETs are connected in parallel. In the fourth embodiment, four SiC power MISFETs are connected in parallel, and these four SiC power MISFETs constitute one SiC power MISFET group. are doing.

このように、SiCパワーMISFET形成領域MRに複数のSiCパワーMISFETを設けることで、アクティブ領域6に一対のSiCパワーMISFETとSiC−SBDとを形成するよりも、SiCパワーMISFET形成領域MRの寸法をシュリンクすることができる。すなわち、SiCパワーMISFET形成領域MRとSiC−SBD形成領域DRとの境界に位置するp++型のボディ電位固定領域15の総面積を小さくすることができるため、半導体チップ1当たりに占めるSiCパワーMISFET形成領域MRの割合を小さくすることができる。この結果、オン抵抗を下げること、および、SBDのVfを下げることが可能となる。 By providing a plurality of SiC power MISFETs in the SiC power MISFET formation region MR in this manner, the size of the SiC power MISFET formation region MR is smaller than forming a pair of SiC power MISFETs and SiC-SBD in the active region 6. Can shrink. That is, since the total area of the p ++ -type body potential fixing region 15 located at the boundary between the SiC power MISFET formation region MR and the SiC-SBD formation region DR can be reduced, the SiC power occupied per semiconductor chip 1 can be reduced. The ratio of the MISFET formation region MR can be reduced. As a result, it is possible to reduce the ON resistance and the Vf of the SBD.

また、実施の形態4のようにSiCパワーMISFET形成領域MRに複数のSiCパワーMISFETを設けた場合でも、実施の形態1と同様に、素子寸法に依存することなく、トレンチ寸法(L2+L3)に対するトレンチTRの深さHの比率、すなわちH/(L2+L3)の値を調整することで、チャネル抵抗を変更でき、チャネル抵抗の高抵抗化を抑制することができる。   Also, even when a plurality of SiC power MISFETs are provided in the SiC power MISFET formation region MR as in the fourth embodiment, the trench with respect to the trench size (L2 + L3) does not depend on the device size, as in the first embodiment. By adjusting the ratio of the depth H of TR, that is, the value of H / (L2 + L3), the channel resistance can be changed and the increase in the channel resistance can be suppressed.

なお、実施の形態4に開示した技術を、実施の形態2および実施の形態3の半導体装置に適用することもできる。   The technology disclosed in the fourth embodiment can be applied to the semiconductor devices in the second and third embodiments.

(実施の形態5)
上述の各実施の形態で説明した半導体装置を、インバータのような、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置に用いることができる。以下に、図30を用いて、実施の形態5における電力変換装置について説明する。図30は、電力変換装置を示す回路図である。
(Embodiment 5)
The semiconductor device described in each of the above embodiments can be used for a power converter that converts DC power to AC power, such as an inverter. The following describes a power conversion device according to Embodiment 5 with reference to FIG. FIG. 30 is a circuit diagram showing a power conversion device.

図30に示されるように、インバータ102は、スイッチング素子であるSiCパワーMISFET104およびSiC−SBD105を有する。SiCパワーMISFET104およびSiC−SBD105は、同一の半導体チップ内に形成されており、SiCパワーMISFET104は、上述の各実施の形態で説明したSiCパワーMISFETであり、SiC−SBD105は、上述の各実施の形態で説明したSiC−SBDである。なお、図中では、SiCパワーMISFET104内のボディダイオードも図示している。   As shown in FIG. 30, the inverter 102 has a SiC power MISFET 104 and a SiC-SBD 105 as switching elements. The SiC power MISFET 104 and the SiC-SBD 105 are formed in the same semiconductor chip, the SiC power MISFET 104 is the SiC power MISFET described in each of the above embodiments, and the SiC-SBD 105 is This is the SiC-SBD described in the embodiment. In the drawing, the body diode in the SiC power MISFET 104 is also shown.

各単相において、電源電圧Vccと負荷(モータ)101の入力電位との間に、SiCパワーMISFET104とSiC−SBD105とが逆並列に接続されており(上アーム)、負荷101の入力電位と接地電位GNDとの間にも、SiCパワーMISFET104とSiC−SBD105とが逆並列に接続されている(下アーム)。つまり、負荷101では各単相に2つのSiCパワーMISFET104および2つのSiC−SBD105が設けられており、3相で6つのSiCパワーMISFET104および6つのSiC−SBD105が設けられている。そして、SiCパワーMISFET104の各々のゲート電極には、制御回路103が接続されており、この制御回路103によって、SiCパワーMISFET104が制御されている。従って、制御回路103によって、インバータ102を構成するSiCパワーMISFET104を流れる電流を制御することにより、直流電力を交流電力に変換し、負荷101を駆動することができる。   In each single phase, SiC power MISFET 104 and SiC-SBD 105 are connected in anti-parallel between power supply voltage Vcc and input potential of load (motor) 101 (upper arm), and input potential of load 101 and ground. The SiC power MISFET 104 and the SiC-SBD 105 are also connected in anti-parallel with the potential GND (lower arm). That is, in the load 101, two SiC power MISFETs 104 and two SiC-SBDs 105 are provided for each single phase, and six SiC power MISFETs 104 and six SiC-SBDs 105 are provided for three phases. Then, a control circuit 103 is connected to each gate electrode of the SiC power MISFET 104, and the control circuit 103 controls the SiC power MISFET 104. Therefore, by controlling the current flowing through the SiC power MISFET 104 constituting the inverter 102 by the control circuit 103, the DC power can be converted to the AC power and the load 101 can be driven.

インバータ102を構成するSiCパワーMISFET104の機能について、以下に説明する。負荷101を制御駆動させるためには、所望の電圧の正弦波を負荷101に入力する必要がある。制御回路103は、SiCパワーMISFET104を制御し、矩形波のパルス幅を動的に変化させるパルス幅変調動作を行っている。出力された矩形波は、インダクタを経ることで平滑化され、擬似的な所望の正弦波となる。SiCパワーMISFET104は、このパルス幅変調動作を行うための矩形波を作り出す機能を有している。   The function of the SiC power MISFET 104 constituting the inverter 102 will be described below. In order to control and drive the load 101, it is necessary to input a sine wave of a desired voltage to the load 101. The control circuit 103 controls the SiC power MISFET 104 and performs a pulse width modulation operation for dynamically changing the pulse width of the rectangular wave. The output rectangular wave is smoothed by passing through the inductor, and becomes a pseudo desired sine wave. The SiC power MISFET 104 has a function of generating a rectangular wave for performing the pulse width modulation operation.

このように、実施の形態5によれば、SiCパワーMISFET104に、上述の各実施の形態において説明した半導体装置を用いることにより、SiCパワーMISFET104が高性能な分、インバータ102のような電力変換装置を高性能化することができる。また、SiCパワーMISFET104は長期信頼性を有するので、電力変換装置の使用年数を長期化することができる。   As described above, according to the fifth embodiment, by using the semiconductor device described in each of the above-described embodiments for SiC power MISFET 104, the power conversion device such as inverter 102 is equivalent to the high performance of SiC power MISFET 104. Can be improved in performance. Further, since the SiC power MISFET 104 has long-term reliability, the service life of the power converter can be extended.

また、この電力変換装置を、3相モータシステムに用いることができる。図30で示した負荷101は3相モータであり、インバータ102に、上述の各実施の形態で説明した半導体装置を用いることにより、3相モータシステムの高性能化、および、使用年数の長期化を実現することができる。   Further, the power converter can be used for a three-phase motor system. The load 101 shown in FIG. 30 is a three-phase motor, and by using the semiconductor device described in each of the above embodiments for the inverter 102, the performance of the three-phase motor system is increased and the service life is extended. Can be realized.

(実施の形態6)
実施の形態5で説明した3相モータシステムを、ハイブリット自動車、電気自動車または燃料電池自動車のような自動車に用いることができる。以下に、図31および図32を用いて、実施の形態6における3相モータシステムを用いた自動車の一例として、電気自動車について説明する。図31は、実施の形態6における電気自動車の構成を示す概略図であり、図32は、実施の形態6における昇圧コンバータを示す回路図である。
(Embodiment 6)
The three-phase motor system described in Embodiment 5 can be used for a vehicle such as a hybrid vehicle, an electric vehicle, or a fuel cell vehicle. An electric vehicle will be described below as an example of a vehicle using the three-phase motor system according to Embodiment 6 with reference to FIGS. FIG. 31 is a schematic diagram showing a configuration of an electric vehicle according to the sixth embodiment. FIG. 32 is a circuit diagram showing a boost converter according to the sixth embodiment.

図31に示されるように、電気自動車は、駆動輪201aおよび駆動輪201bに接続された駆動軸202へ動力を入出力可能とする3相モータ203と、3相モータ203を駆動するためのインバータ204と、バッテリ205と、を備える。さらに、この電気自動車は、昇圧コンバータ208と、リレー209と、電子制御ユニット210と、を備える。昇圧コンバータ208は、インバータ204に接続された電力ライン206と、バッテリ205に接続された電力ライン207と、に接続されている。   As shown in FIG. 31, the electric vehicle includes a three-phase motor 203 that can input and output power to and from a drive shaft 202 connected to the drive wheels 201a and 201b, and an inverter for driving the three-phase motor 203. 204 and a battery 205. Further, the electric vehicle includes a boost converter 208, a relay 209, and an electronic control unit 210. Boost converter 208 is connected to power line 206 connected to inverter 204 and power line 207 connected to battery 205.

3相モータ203は、永久磁石が埋め込まれたロータと、3相コイルが巻回されたステータとを備えた同期発電電動機である。実施の形態6のインバータ204には、実施の形態5で説明したインバータ102を用いることができる。   The three-phase motor 203 is a synchronous generator motor including a rotor in which permanent magnets are embedded and a stator in which three-phase coils are wound. The inverter 102 described in Embodiment 5 can be used as the inverter 204 in Embodiment 6.

図32に示されるように、昇圧コンバータ208は、インバータ213に、リアクトル211および平滑用コンデンサ212が接続された構成からなる。インバータ213は、実施の形態5において説明したインバータ102と同様である。   As shown in FIG. 32, boost converter 208 has a configuration in which reactor 211 and smoothing capacitor 212 are connected to inverter 213. Inverter 213 is similar to inverter 102 described in the fifth embodiment.

図31の電子制御ユニット210は、マイクロプロセッサと、記憶装置と、入出力ポートとを備えており、3相モータ203のロータ位置を検出するセンサからの信号、または、バッテリ205の充放電値などを受信する。また、電子制御ユニット210は、インバータ204、昇圧コンバータ208およびリレー209を制御するための信号を出力する。   An electronic control unit 210 in FIG. 31 includes a microprocessor, a storage device, and an input / output port, and receives a signal from a sensor for detecting a rotor position of the three-phase motor 203, a charge / discharge value of the battery 205, and the like. To receive. Further, electronic control unit 210 outputs a signal for controlling inverter 204, boost converter 208 and relay 209.

このように、実施の形態6によれば、電力変換装置であるインバータ204および昇圧コンバータ208に、実施の形態5で説明した電力変換装置を用いることができる。また、3相モータ203およびインバータ204などからなる3相モータシステムに、実施の形態5で説明した3相モータシステムを用いることができる。これにより、電気自動車において、低エネルギー化、小型化、軽量化および車内スペースの効率化を図ることができる。   Thus, according to the sixth embodiment, the power converter described in the fifth embodiment can be used for inverter 204 and boost converter 208 that are power converters. Further, the three-phase motor system described in Embodiment 5 can be used for a three-phase motor system including three-phase motor 203 and inverter 204. As a result, in the electric vehicle, lower energy, smaller size, lighter weight, and more efficient interior space can be achieved.

なお、実施の形態5では、電気自動車について説明したが、エンジンも併用するハイブリット自動車、および、バッテリ205が燃料電池スタックとなった燃料電池自動車にも上述の各実施の形態の3相モータシステムを適用することができる。   Although the electric vehicle has been described in the fifth embodiment, the three-phase motor system according to each of the above-described embodiments can be applied to a hybrid vehicle that also uses an engine and a fuel cell vehicle in which the battery 205 is a fuel cell stack. Can be applied.

(実施の形態7)
実施の形態5で説明した3相モータシステムを、鉄道車両に用いることができる。以下に、図33を用いて、実施の形態7における3相モータシステムを用いた鉄道車両について説明する。図33は、実施の形態7における鉄道車両の構成を示す概略図である。
(Embodiment 7)
The three-phase motor system described in Embodiment 5 can be used for a railway vehicle. The following describes a railway vehicle using the three-phase motor system according to Embodiment 7 with reference to FIG. FIG. 33 is a schematic diagram showing a configuration of a railway vehicle according to the seventh embodiment.

図33に示されるように、鉄道車両には、架線OW(例えば25kV)からパンタグラフPGを介して電力が供給される。また、図33において、符号RTは線路を示し、符号WHは車輪を示している。   As shown in FIG. 33, electric power is supplied to the railway vehicle from an overhead line OW (for example, 25 kV) via a pantograph PG. In FIG. 33, reference numeral RT indicates a line, and reference numeral WH indicates a wheel.

電圧は、トランス305を介して1.5kVまで降圧され、コンバータ303において、電力が交流から直流に変換される。さらに、インバータ302において、電力は、キャパシタ304を介して直流から交流に変換され、3相モータである負荷301が駆動される。負荷301によって、車輪WHが線路RT上を回転駆動することで、鉄道列車が加速される。   The voltage is reduced to 1.5 kV via the transformer 305, and the power is converted from AC to DC in the converter 303. Further, in the inverter 302, electric power is converted from direct current to alternating current via the capacitor 304, and the load 301, which is a three-phase motor, is driven. The railroad train is accelerated by rotating the wheels WH on the track RT by the load 301.

インバータ302は、実施の形態5において説明したインバータ102と同様である。また、コンバータ303内の素子構成には、上述の各実施の形態で説明したSiCパワーMISFETおよびSiC−SBDが適用されている。また、負荷301に、実施の形態5で説明した負荷101を用いることができる。なお、図33では、実施の形態5で説明した制御回路103は省略されている。このように、実施の形態7の3相モータシステムに、実施の形態5で説明した3相モータシステムを用いることができる。これにより、鉄道車両において、低エネルギー化、床下部品の小型化および軽量化を図ることができる。   Inverter 302 is similar to inverter 102 described in the fifth embodiment. Further, the SiC power MISFET and SiC-SBD described in each of the above embodiments are applied to the element configuration in converter 303. Further, the load 101 described in Embodiment 5 can be used as the load 301. In FIG. 33, the control circuit 103 described in the fifth embodiment is omitted. As described above, the three-phase motor system described in the fifth embodiment can be used for the three-phase motor system of the seventh embodiment. As a result, it is possible to reduce the energy consumption and the size and weight of the underfloor components in the railway vehicle.

以上、本願発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。   As described above, the invention made by the inventors of the present application has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and can be variously modified without departing from the gist thereof. .

1 半導体チップ
2 ソース配線用電極
2a ソースパッド
3 ゲート配線用電極
3a ゲートパッド
4 n++型のガードリング
5 p-型のフローティング・フィールド・リミッティング・リング(FLR)
6 アクティブ領域
11 n型の半導体基板
12 n-型のエピタキシャル層
13 n+型のドレイン領域
14 p+型のボディ領域
15 p++型のボディ電位固定領域
16 n型のJFET領域
17 p+型の電界緩和領域
18 n+型の電流拡散領域
19 n++型のソース領域
20 ゲート絶縁膜
21 ゲート電極
21a 導電性膜
22 層間絶縁膜
23 バリアメタル膜
24 シリサイド層
25 ドレイン配線用電極
26 シリサイド層
27 p++型の狭窄領域
101 負荷
102 インバータ
103 制御回路
104 SiCパワーMISFET
105 SiC−SBD
201a、201b 駆動輪
202 駆動軸
203 3相モータ
204 インバータ
205 バッテリ
206 電力ライン
207 電力ライン
208 昇圧コンバータ
209 リレー
210 電子制御ユニット
211 リアクトル
212 平滑用コンデンサ
213 インバータ
301 負荷
302 インバータ
303 コンバータ
304 キャパシタ
305 トランス
CF 炭素膜
DR SiC−SBD形成領域
MP1〜MP10 マスクパターン
MR SiCパワーMISFET形成領域
OP1、OP2 開口部
OW 架線
P1〜P5 大工程
PG パンタグラフ
RT 線路
S1〜S4 第1側面〜第4側面
TR トレンチ
WH 車輪
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor chip 2 Source wiring electrode 2a Source pad 3 Gate wiring electrode 3a Gate pad 4 n ++ type guard ring 5 p - type floating field limiting ring (FLR)
6 active region 11 n-type semiconductor substrate 12 n -type epitaxial layer 13 n + -type drain region 14 p + -type body region 15 p ++ -type body potential fixed region 16 n-type JFET region 17 p + -type Electric field relaxation region 18 n + type current diffusion region 19 n ++ type source region 20 gate insulating film 21 gate electrode 21 a conductive film 22 interlayer insulating film 23 barrier metal film 24 silicide layer 25 drain wiring electrode 26 silicide layer 27p ++ type constricted region 101 Load 102 Inverter 103 Control circuit 104 SiC power MISFET
105 SiC-SBD
201a, 201b Drive wheel 202 Drive shaft 203 Three-phase motor 204 Inverter 205 Battery 206 Power line 207 Power line 208 Boost converter 209 Relay 210 Electronic control unit 211 Reactor 212 Smoothing capacitor 213 Inverter 301 Load 302 Inverter 303 Converter 304 Capacitor 305 Transformer CF Carbon film DR SiC-SBD formation region MP1 to MP10 Mask pattern MR SiC power MISFET formation region OP1, OP2 Opening OW Overhead wire P1 to P5 Large process PG Pantograph RT Line S1 to S4 First side to fourth side TR Trench WH Wheel

Claims (15)

MISFETが形成される第1領域、および、ショットキーバリアダイオードが形成される第2領域を有する半導体装置であって、
第1導電型の半導体基板と、
前記第1領域および前記第2領域において、前記半導体基板の裏面側に形成されている第1電極と、
前記第1領域および前記第2領域において、前記半導体基板上に形成された前記第1導電型の第1半導体層と、
前記第1領域において、前記第1半導体層内に形成され、且つ、前記第1導電型と反対の第2導電型の第1不純物領域と、
前記第1領域において、前記第1不純物領域内に形成され、且つ、前記第1半導体層よりも高い不純物濃度を有する前記第1導電型の第2不純物領域および前記第1導電型の第3不純物領域と、
前記第1不純物領域内に位置する底面、前記第2不純物領域に接する第1側面、および、前記第3不純物領域に接し、前記第1側面と対向する第2側面を有し、且つ、前記第1領域において前記第2不純物領域を貫通するトレンチと、
前記トレンチ内に、ゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極上に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜上に形成され、前記第1領域において前記第2不純物領域に電気的に接続され、且つ、前記第2領域において前記第1半導体層に電気的に接続された第2電極と、
を有する半導体装置。
A semiconductor device having a first region where a MISFET is formed and a second region where a Schottky barrier diode is formed,
A first conductivity type semiconductor substrate;
A first electrode formed on a back surface side of the semiconductor substrate in the first region and the second region;
A first semiconductor layer of the first conductivity type formed on the semiconductor substrate in the first region and the second region;
A first impurity region formed in the first semiconductor layer in the first region and having a second conductivity type opposite to the first conductivity type;
In the first region, the second impurity region of the first conductivity type and the third impurity of the first conductivity type formed in the first impurity region and having an impurity concentration higher than that of the first semiconductor layer. Area and
A bottom surface located in the first impurity region, a first side surface in contact with the second impurity region, and a second side surface in contact with the third impurity region and facing the first side surface; A trench penetrating the second impurity region in one region;
A gate electrode formed in the trench via a gate insulating film;
An interlayer insulating film formed on the gate electrode,
A second electrode formed on the interlayer insulating film, electrically connected to the second impurity region in the first region, and electrically connected to the first semiconductor layer in the second region;
A semiconductor device having:
請求項1に記載の半導体装置において、
前記層間絶縁膜には、前記第1領域の前記第2不純物領域および前記第2領域の前記第1半導体層を開口する第1開口部が形成され、
前記第2電極は、前記層間絶縁膜上および前記第1開口部内に形成されている、半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
A first opening for opening the second impurity region in the first region and the first semiconductor layer in the second region is formed in the interlayer insulating film;
The semiconductor device, wherein the second electrode is formed on the interlayer insulating film and in the first opening.
請求項1に記載の半導体装置において、
前記層間絶縁膜には、前記第1領域の前記第2不純物領域を開口する第2開口部、および、前記第2領域の前記第1半導体層を開口する第3開口部が形成され、
前記第2電極は、前記層間絶縁膜上、前記第2開口部内および前記第3開口部内に形成されている、半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
A second opening that opens the second impurity region in the first region, and a third opening that opens the first semiconductor layer in the second region, in the interlayer insulating film;
The semiconductor device, wherein the second electrode is formed on the interlayer insulating film, in the second opening, and in the third opening.
請求項3に記載の半導体装置において、
前記第2電極は、バリアメタル膜および前記バリアメタル膜上に形成された導電性膜を含み、
前記第2開口部内において、前記バリアメタル膜と前記第2不純物領域との間に、前記バリアメタル膜とは異なる材料からなるシリサイド層が形成され、
前記第3開口部内において、前記バリアメタル膜は、前記第1半導体層に直接接している、半導体装置。
The semiconductor device according to claim 3,
The second electrode includes a barrier metal film and a conductive film formed on the barrier metal film,
A silicide layer made of a material different from that of the barrier metal film is formed between the barrier metal film and the second impurity region in the second opening;
The semiconductor device, wherein the barrier metal film is in direct contact with the first semiconductor layer in the third opening.
請求項1に記載の半導体装置において、
前記第2領域の前記第1半導体層内には、前記第2導電型の複数の第4不純物領域が形成されている、半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device, wherein the plurality of fourth impurity regions of the second conductivity type are formed in the first semiconductor layer in the second region.
請求項1に記載の半導体装置において、
前記第1不純物領域内に、前記第1不純物領域よりも高い不純物濃度を有する前記第2導電型の第5不純物領域が形成され、
前記第5不純物領域は、前記第1領域の前記第2不純物領域と前記第2領域の前記第1半導体層との間に位置している、半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
A fifth impurity region of the second conductivity type having a higher impurity concentration than the first impurity region is formed in the first impurity region;
The semiconductor device, wherein the fifth impurity region is located between the second impurity region in the first region and the first semiconductor layer in the second region.
請求項1に記載の半導体装置において、
前記トレンチは、平面視において第1方向に延在し、
前記第1側面および前記第2側面は、それぞれ前記第1方向に垂直な側面であり、
複数の前記トレンチが、前記第1方向と直交する第2方向において互いに隣接するように形成されている、半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The trench extends in a first direction in a plan view,
The first side surface and the second side surface are side surfaces perpendicular to the first direction, respectively.
A semiconductor device, wherein the plurality of trenches are formed so as to be adjacent to each other in a second direction orthogonal to the first direction.
請求項7に記載の半導体装置において、
前記トレンチの深さをHとし、前記トレンチの前記第2方向における幅をL2とし、互いに隣接する2つの前記トレンチの前記第2方向における間隔をL3とした時、H/(L2+L3)の値は、0.25以上、5.00以下である、半導体装置。
The semiconductor device according to claim 7,
When the depth of the trench is H, the width of the trench in the second direction is L2, and the distance between two adjacent trenches in the second direction is L3, the value of H / (L2 + L3) is , 0.25 or more and 5.00 or less.
請求項8に記載の半導体装置において、
前記第1方向における前記第1領域の寸法と前記第2領域の寸法との合計寸法に依存することなく、前記H/(L2+L3)の値を調整することで、前記MISFETのチャネル抵抗を調整することが可能である、半導体装置。
The semiconductor device according to claim 8, wherein
The channel resistance of the MISFET is adjusted by adjusting the value of H / (L2 + L3) without depending on the total size of the first region and the second region in the first direction. A semiconductor device that is capable of.
請求項1に記載の半導体装置をスイッチング素子として有する電力変換装置。   A power converter having the semiconductor device according to claim 1 as a switching element. 請求項10に記載の電力変換装置で直流電力を交流電力に変換し、3相モータを駆動する3相モータシステム。   A three-phase motor system for driving a three-phase motor by converting DC power to AC power with the power converter according to claim 10. 請求項11に記載の3相モータシステムで車輪を駆動する自動車。   An automobile having wheels driven by the three-phase motor system according to claim 11. 請求項11に記載の3相モータシステムで車輪を駆動する鉄道車両。   A railway vehicle that drives wheels with the three-phase motor system according to claim 11. MISFETが形成される第1領域、および、ショットキーバリアダイオードが形成される第2領域を有する半導体装置の製造方法であって、
(a)第1導電型のエピタキシャル層が形成された前記第1導電型の半導体基板を用意する工程、
(b)前記第1領域において、前記エピタキシャル層内に、前記第1導電型と反対の第2導電型の第1不純物領域を形成する工程、
(c)前記第1領域において、前記第1不純物領域内に、前記エピタキシャル層よりも高い不純物濃度を有する前記第1導電型の第2不純物領域および前記第1導電型の第3不純物領域を形成する工程、
(d)前記第1不純物領域内に位置する底面、前記第2不純物領域に接する第1側面、および、前記第3不純物領域に接し、前記第1側面と対向する第2側面を有し、且つ、前記第1領域において前記第2不純物領域を貫通するトレンチを形成する工程、
(e)トレンチ内に、ゲート絶縁膜を形成する工程、
(f)前記トレンチ内を埋め込むように、前記ゲート絶縁膜上に、ゲート電極を形成する工程、
(g)前記ゲート電極上に、層間絶縁膜を形成する工程、
(h)前記層間絶縁膜上に、前記第1領域において前記第2不純物領域に電気的に接続し、且つ、前記第2領域において前記第1半導体層に電気的に接続する第2電極を形成する工程、
(i)前記第1領域および前記第2領域において、前記半導体基板の裏面側に、第1電極を形成する工程、
を有する半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device having a first region in which a MISFET is formed and a second region in which a Schottky barrier diode is formed,
(A) preparing the first conductivity type semiconductor substrate on which the first conductivity type epitaxial layer is formed;
(B) forming a first impurity region of a second conductivity type opposite to the first conductivity type in the epitaxial layer in the first region;
(C) forming, in the first region, a second impurity region of the first conductivity type and a third impurity region of the first conductivity type having a higher impurity concentration than the epitaxial layer in the first impurity region; Process,
(D) a bottom surface located in the first impurity region, a first side surface in contact with the second impurity region, and a second side surface in contact with the third impurity region and facing the first side surface, and Forming a trench through the second impurity region in the first region;
(E) forming a gate insulating film in the trench;
(F) forming a gate electrode on the gate insulating film so as to fill the trench;
(G) forming an interlayer insulating film on the gate electrode;
(H) forming a second electrode electrically connected to the second impurity region in the first region and electrically connected to the first semiconductor layer in the second region on the interlayer insulating film; Process,
(I) forming a first electrode on the back side of the semiconductor substrate in the first region and the second region;
A method for manufacturing a semiconductor device having:
請求項14に記載の半導体装置の製造方法において、
(j)前記(g)工程と前記(h)工程との間に、前記第1領域において、前記層間絶縁膜に、ドライエッチング処理によって、前記第2不純物領域に達する第1開口部を形成する工程、
(k)前記(j)工程後、前記第1開口部内において、前記第2不純物領域上に、シリサイド層を形成する工程、
(l)前記(k)工程後、前記第2領域において、前記層間絶縁膜に、ウェットエッチング処理によって、前記エピタキシャル層に達する第2開口部を形成する工程、
を更に有し、
前記(h)工程において、前記第2電極は、前記第1開口部内において、前記シリサイド層に直接接するように形成され、前記第2開口部内において、前記エピタキシャル層に直接接するように形成される、半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 14,
(J) Between the step (g) and the step (h), a first opening reaching the second impurity region is formed in the first region by dry etching in the interlayer insulating film. Process,
(K) after the step (j), a step of forming a silicide layer on the second impurity region in the first opening;
(L) after the step (k), in the second region, forming a second opening reaching the epitaxial layer in the interlayer insulating film by wet etching;
Further having
In the step (h), the second electrode is formed so as to directly contact the silicide layer in the first opening, and is formed so as to directly contact the epitaxial layer in the second opening. A method for manufacturing a semiconductor device.
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