JP2020038944A - Semiconductor device and manufacturing method thereof, power conversion device, three-phase motor system, automobile, and railway vehicle - Google Patents
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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3To 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。
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。
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。
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.
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
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
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
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-
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
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-
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-
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
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-
n-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 −
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 − -
p+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 + -
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
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 − -
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
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
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
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
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 ++ -
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
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
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
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
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
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
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 − -
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-
n-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 − -
n+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 +
p+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 +
p++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
n++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 ++
n+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
p+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
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-
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 − -
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
<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
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
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
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
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
<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 − -
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-
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 − -
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-
<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 + -
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 − -
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 + -
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 + -
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 − -
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
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 − -
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-
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 − -
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
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 − -
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 ++ -
<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 − -
<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
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 − -
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 ++ -
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 − -
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
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
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
<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
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
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
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
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
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
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
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
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 + -
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
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
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
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 − -
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
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
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
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
<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
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
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
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
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 − -
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
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
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 − -
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
(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
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 − -
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 ++
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
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
(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
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
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
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
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,
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
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
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
(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
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-
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-
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,
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
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
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
(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
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
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。
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
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 ++
105 SiC-SBD
201a,
Claims (15)
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:
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
(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:
(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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