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JP2024073983A - Silicon carbide semiconductor device - Google Patents

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JP2024073983A
JP2024073983A JP2022185006A JP2022185006A JP2024073983A JP 2024073983 A JP2024073983 A JP 2024073983A JP 2022185006 A JP2022185006 A JP 2022185006A JP 2022185006 A JP2022185006 A JP 2022185006A JP 2024073983 A JP2024073983 A JP 2024073983A
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Japan
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region
layer
cell region
deep
semiconductor device
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Pending
Application number
JP2022185006A
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Japanese (ja)
Inventor
有一 竹内
Yuichi Takeuchi
拓真 片野
Takuma Katano
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP2022185006A priority Critical patent/JP2024073983A/en
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Abstract

To provide a SiC semiconductor device in which the deterioration in yield can be suppressed.SOLUTION: An element separation region In includes a deep layer 15 formed in a surface layer part of a first impurity region 13, a base layer 21 formed on the deep layer 15, and a separation structure 40 that electrically separates the base layer 21 existing on a main cell region Rm side and the base layer 21 existing on a sense cell region Rs side. In the deep layer 15 of the element separation region In, a part existing on the main cell region Rm side and a part existing on the sense cell region Rs side are disposed apart from each other by a predetermined distance B3. The predetermined distance B3 is wider than distances B1 and B2 of the deep layer 15 in the cell region. The JFET layer 14 is formed in a region of the cell region 1 that is different from the element separation region In.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、セル領域にメインセル領域とセンスセル領域とが備えられたトレンチゲート構造を有する炭化珪素(以下では、SiCともいう)半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a silicon carbide (hereinafter also referred to as SiC) semiconductor device having a trench gate structure in which a cell region includes a main cell region and a sense cell region.

従来より、セル領域にメインセル領域とセンスセル領域とが備えられ、メインセル領域に流れる電流をセンスセル領域にて検出するようにしたSiC半導体装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。具体的には、このSiC半導体装置では、メインセル領域とセンスセル領域に同じ構造のMOSFET素子が形成されている。また、このSiC半導体装置では、メインセル領域とセンスセル領域との間に素子分離領域が備えられている。 Conventionally, a SiC semiconductor device has been proposed in which a cell region is provided with a main cell region and a sense cell region, and the current flowing through the main cell region is detected in the sense cell region (see, for example, Patent Document 1). Specifically, in this SiC semiconductor device, MOSFET elements of the same structure are formed in the main cell region and the sense cell region. In addition, in this SiC semiconductor device, an element isolation region is provided between the main cell region and the sense cell region.

メインセル領域およびセンスセル領域は、トレンチゲート構造を有しており、トレンチゲート構造の下方に、一方向を長手方向として延設されたp型のディープ層およびn型のJFET層とが形成されている。なお、ディープ層およびJFET層は、隣合うディープ層の間にJFET層が配置されるように、ディープ層とJFET層とが長手方向と交差する方向に沿って交互に配置されている。 The main cell region and the sense cell region have a trench gate structure, and below the trench gate structure, a p-type deep layer and an n-type JFET layer are formed, extending in one direction as the longitudinal direction. The deep layers and JFET layers are alternately arranged along a direction intersecting the longitudinal direction, so that the JFET layers are arranged between adjacent deep layers.

素子分離領域には、メインセル領域と同様のディープ層およびJFET層が形成されている。なお、素子分離領域におけるディープ層は、メインセル領域側の部分とセンスセル領域側の部分とが所定間隔だけ離れて配置されている。そして、このSiC半導体装置では、素子分離領域におけるディープ層の間隔をメインセル領域におけるディープ層の間隔よりも狭くすることにより、素子分離領域の耐圧を向上できるようにしている。 In the element isolation region, a deep layer and a JFET layer similar to those in the main cell region are formed. The deep layer in the element isolation region is arranged such that the portion on the main cell region side and the portion on the sense cell region side are spaced a predetermined distance apart. In this SiC semiconductor device, the spacing between the deep layers in the element isolation region is narrower than the spacing between the deep layers in the main cell region, thereby improving the breakdown voltage of the element isolation region.

特開2021-93481号公報JP 2021-93481 A

しかしながら、本発明者らが上記のSiC半導体装置における素子分離領域のディープ層の間隔について詳細に検討したところ、次のことが確認された。すなわち、上記のSiC半導体装置では、素子分離領域のディープ層の間隔を0.6μm以下にすることが好ましいことが確認された。この場合、ディープ層をイオン注入で形成しようとすると、イオン注入時に用いるマスクの残し幅をディープ層の間隔に合わせて0.6μm以下にする必要がある。このため、上記のSiC半導体装置では、マスクの加工が不安定となって歩留まりが悪化する可能性がある。 However, the inventors conducted a detailed study of the spacing of the deep layers in the element isolation region of the above-mentioned SiC semiconductor device and confirmed the following. That is, it was confirmed that in the above-mentioned SiC semiconductor device, it is preferable to set the spacing of the deep layers in the element isolation region to 0.6 μm or less. In this case, if the deep layers are to be formed by ion implantation, the remaining width of the mask used during ion implantation must be set to 0.6 μm or less to match the spacing of the deep layers. For this reason, in the above-mentioned SiC semiconductor device, mask processing may become unstable, resulting in a deterioration in yield.

本発明は上記点に鑑み、歩留まりが悪化することを抑制できるSiC半導体装置を提供することを目的とする。 In view of the above, the present invention aims to provide a SiC semiconductor device that can suppress deterioration of yield.

上記目的を達成するための請求項1は、トレンチゲート構造を有する半導体素子がメインセル領域(Rm)およびセンスセル領域(Rs)を含むセル領域(1)に形成され、メインセル領域とセンスセル領域とが素子分離領域(In)によって電気的に分離されたSiC半導体装置であって、SiCからなる第1導電型または第2導電型の基板(11)と、基板の表面上に形成され、基板よりも低不純物濃度とされた第1導電型の第1不純物領域(13)と、を有し、メインセル領域およびセンスセル領域は、第1不純物領域の表層部に形成され、第1不純物領域よりも高不純物濃度とされた第1導電型のSiCからなるJFET層(14)と、第1不純物領域の表層部に形成され、基板の面方向においてJFET層と交互に配置された第2導電型のSiCからなるディープ層(15)と、JFET層およびディープ層上に形成された第2導電型のSiCからなるベース層(21)と、ベース層よりも深く一方向を長手方向として形成されたトレンチ(24)の内壁面に形成されたゲート絶縁膜(25)と、トレンチ内において、ゲート絶縁膜の上に形成されたゲート電極(26)と、を有するトレンチゲート構造と、ベース層の表層部においてトレンチゲート構造と接して形成され、第1不純物領域よりも高不純物濃度とされた第1導電型のSiCからなる第2不純物領域(22)と、メインセル領域およびセンスセル領域のそれぞれに分離して備えられ、メインセル領域の第2不純物領域およびベース層に電気的に接続されると共に、センスセル領域の第2不純物領域およびベース層に電気的に接続される第1電極(28)と、基板の裏面側に配置され、基板と電気的に接続される第2電極(31)と、を有し、素子分離領域は、第1不純物領域の表層部に形成されたディープ層と、ディープ層上に形成されたベース層と、メインセル領域側に位置するベース層とセンスセル領域側に位置するベース層とを電気的に分離する分離構造(40、41)と、を有し、素子分離領域におけるディープ層は、メインセル領域側に位置する部分とセンスセル領域側に位置する部分とが所定間隔(B3)だけ離れて配置され、所定間隔は、セル領域におけるディープ層の間隔(B1、B2)より広くされ、JFET層は、セル領域のうちの素子分離領域と異なる領域に形成されている。 Claim 1 for achieving the above object is a SiC semiconductor device in which a semiconductor element having a trench gate structure is formed in a cell region (1) including a main cell region (Rm) and a sense cell region (Rs), and the main cell region and the sense cell region are electrically isolated by an element isolation region (In), the device has a first conductivity type or second conductivity type substrate (11) made of SiC, and a first conductivity type first impurity region (13) formed on the surface of the substrate and having a lower impurity concentration than the substrate, and the main cell region and the sense cell region are formed in the surface layer of the first impurity region. The semiconductor device has a JFET layer (14) made of SiC of a first conductivity type having a higher impurity concentration than the first impurity region, a deep layer (15) made of SiC of a second conductivity type formed in a surface layer portion of the first impurity region and arranged alternately with the JFET layer in the surface direction of the substrate, a base layer (21) made of SiC of the second conductivity type formed on the JFET layer and the deep layer, a gate insulating film (25) formed on the inner wall surface of a trench (24) formed deeper than the base layer and with one direction as the longitudinal direction, and a gate electrode (26) formed on the gate insulating film in the trench. a second impurity region (22) made of SiC of a first conductivity type having a higher impurity concentration than the first impurity region, the second impurity region (22) being formed in contact with the trench gate structure in a surface portion of the base layer, a first electrode (28) provided separately in each of the main cell region and the sense cell region, the first electrode (28) being electrically connected to the second impurity region and the base layer in the main cell region and electrically connected to the second impurity region and the base layer in the sense cell region, and a second electrode (31) being arranged on the back side of the substrate and electrically connected to the substrate, The deep layer is formed in the surface layer of the first impurity region, and a base layer is formed on the deep layer. An isolation structure (40, 41) electrically isolates the base layer located on the main cell region side from the base layer located on the sense cell region side. The deep layer in the element isolation region is arranged such that the portion located on the main cell region side and the portion located on the sense cell region side are spaced apart by a predetermined distance (B3), the predetermined distance being wider than the distance (B1, B2) between the deep layers in the cell region. The JFET layer is formed in a region of the cell region different from the element isolation region.

これによれば、素子分離領域に第1不純物領域よりも高濃度であるJFET層を形成しない構成としている。このため、素子分離領域にJFET層が形成されている場合と比較して、電圧の影響による等電位線のせり上がりを抑制し易くできる。したがって、素子分離領域におけるディープ層の間隔をセル領域におけるディープ層の間隔以上にできる。これにより、ディープ層をイオン注入で形成する際、素子分離領域におけるディープ層の間隔に相当するマスクを容易に配置することができ、歩留まりが悪化することを抑制したSiC半導体装置とできる。 According to this, a JFET layer having a higher concentration than the first impurity region is not formed in the element isolation region. Therefore, compared to when a JFET layer is formed in the element isolation region, it is easier to suppress the rise of the equipotential lines due to the influence of voltage. Therefore, the distance between the deep layers in the element isolation region can be made equal to or greater than the distance between the deep layers in the cell region. As a result, when forming the deep layers by ion implantation, a mask corresponding to the distance between the deep layers in the element isolation region can be easily arranged, resulting in a SiC semiconductor device in which the deterioration of yield is suppressed.

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。 The reference symbols in parentheses attached to each component indicate an example of the correspondence between the component and the specific components described in the embodiments described below.

第1実施形態におけるSiC半導体装置の平面図である。FIG. 1 is a plan view of a SiC semiconductor device according to a first embodiment. 図1中のII-II線に沿った断面図である。2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. 1. セル領域の斜視図である。FIG. 図1中のIV-IV線に沿った断面図である。4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIG. 1. 素子分離領域の幅とドレイン-ソース間耐圧との関係を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the width of an element isolation region and the drain-source breakdown voltage. 第2実施形態における素子分離領域の断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of an element isolation region in a second embodiment. 第3実施形態におけるセル領域および外周領域の断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of a cell region and an outer periphery region in a third embodiment. 第4実施形態におけるセル領域および外周領域の斜視図である。FIG. 13 is a perspective view of a cell region and an outer periphery region in a fourth embodiment. 第4実施形態における素子分離領域の断面図であるFIG. 13 is a cross-sectional view of an element isolation region in a fourth embodiment. 第4実施形態の変形例における素子分離領域の断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view of an element isolation region in a modified example of the fourth embodiment. 他の実施形態におけるセル領域および外周領域の断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of a cell region and an outer periphery region in another embodiment.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。 The following describes embodiments of the present invention with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other are denoted by the same reference numerals.

(第1実施形態)
第1実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態のSiC半導体装置は、図1に示されるように、セル領域1と、セル領域1を囲む外周領域2とを有する構成とされている。セル領域1は、メインセルが備えられたメインセル領域Rmとセンスセルが備えられたセンスセル領域Rsと、メインセル領域Rmとセンスセル領域Rsとの間に配置され、メインセル領域Rmとセンスセル領域Rsとを電気的に分離する素子分離領域Inとを有している。そして、本実施形態のSiC半導体装置は、センスセル領域Rsに流れるセンス電流および面積比によってメインセル領域Rmに流れるメイン電流が検出される。
First Embodiment
The first embodiment will be described with reference to the drawings. As shown in Fig. 1, the SiC semiconductor device of this embodiment has a cell region 1 and an outer peripheral region 2 surrounding the cell region 1. The cell region 1 has a main cell region Rm in which main cells are provided, a sense cell region Rs in which sense cells are provided, and an element isolation region In disposed between the main cell region Rm and the sense cell region Rs and electrically isolating the main cell region Rm and the sense cell region Rs. In the SiC semiconductor device of this embodiment, the main current flowing in the main cell region Rm is detected based on the sense current flowing in the sense cell region Rs and the area ratio.

本実施形態では、メインセル領域Rmおよびセンスセル領域Rsは、センスセル領域Rsがメインセル領域Rm内に位置するように配置されている。そして、素子分離領域Inは、センスセル領域Rsを囲むように枠状に配置されている。なお、本実施形態では、メインセル領域Rmおよびセンスセル領域Rsには、同様の構造のトレンチゲート構造のMOSFETが形成されている。 In this embodiment, the main cell region Rm and the sense cell region Rs are arranged so that the sense cell region Rs is located within the main cell region Rm. The element isolation region In is arranged in a frame shape so as to surround the sense cell region Rs. Note that in this embodiment, MOSFETs with a trench gate structure having a similar structure are formed in the main cell region Rm and the sense cell region Rs.

外周領域2は、図2に示されるように、ガードリング部2aと、ガードリング2a部よりも内側に配置される繋ぎ部2bとを有する構成とされている。言い換えると、外周領域2は、ガードリング部2aと、セル領域1とガードリング部2aとの間に配置される繋ぎ部2bとを有する構成とされている。 As shown in FIG. 2, the peripheral region 2 is configured to have a guard ring portion 2a and a connecting portion 2b that is arranged inside the guard ring portion 2a. In other words, the peripheral region 2 is configured to have a guard ring portion 2a and a connecting portion 2b that is arranged between the cell region 1 and the guard ring portion 2a.

以下、セル領域1にnチャネル型MOSFETが備えられたSiC半導体装置について、図2および図3を参照しつつ説明する。なお、上記のように、メインセル領域Rmおよびセンスセル領域Rsには、同様の構造のMOSFETが形成されている。また、以下では、後述する基板11の面方向における一方向をX軸方向とし、基板の面方向における一方向と交差する方向をY軸方向とし、X軸方向およびY軸方向と交差する方向をZ軸方向として説明する。本実施形態では、X軸方向とY軸方向とは直交している。また、本実施形態におけるZ軸方向とは、後述する半導体基板10の厚さ方向に相当しており、後述する基板11と低濃度層13との積層方向にも相当している。そして、Y軸方向は、例えば、<11-20>方向とされる。 The following describes a SiC semiconductor device having an n-channel MOSFET in the cell region 1 with reference to FIG. 2 and FIG. 3. As described above, MOSFETs of the same structure are formed in the main cell region Rm and the sense cell region Rs. In the following description, one direction in the surface direction of the substrate 11 described later is defined as the X-axis direction, a direction intersecting with the one direction in the surface direction of the substrate is defined as the Y-axis direction, and a direction intersecting with the X-axis direction and the Y-axis direction is defined as the Z-axis direction. In this embodiment, the X-axis direction and the Y-axis direction are perpendicular to each other. In this embodiment, the Z-axis direction corresponds to the thickness direction of the semiconductor substrate 10 described later, and also corresponds to the stacking direction of the substrate 11 and the low concentration layer 13 described later. The Y-axis direction is, for example, the <11-20> direction.

SiC半導体装置は、半導体基板10を用いて構成されている。具体的には、SiC半導体装置は、SiCからなるn型の基板11を備えている。本実施形態では、基板11として、例えば、(0001)Si面に対して0~8°のオフ角を有し、窒素やリン等のn型不純物濃度が1.0×1019/cmとされ、厚さが300μm程度とされたものが用いられる。なお、基板11は、本実施形態ではドレイン領域を構成するものである。 The SiC semiconductor device is configured using a semiconductor substrate 10. Specifically, the SiC semiconductor device includes an n + type substrate 11 made of SiC. In this embodiment, the substrate 11 has an off angle of 0 to 8° with respect to the (0001) Si surface, an n-type impurity concentration of nitrogen, phosphorus, etc. of 1.0×10 19 /cm 3 , and a thickness of about 300 μm. In this embodiment, the substrate 11 constitutes a drain region.

基板11の表面上には、SiCからなるn型のバッファ層12が形成されている。バッファ層12は、基板11の表面にエピタキシャル成長を行うことによって構成される。そして、バッファ層12は、n型不純物濃度が、基板11と、後述する低濃度層13との間の不純物濃度とされ、厚さが1μm程度とされている。 An n-type buffer layer 12 made of SiC is formed on the surface of the substrate 11. The buffer layer 12 is formed by epitaxial growth on the surface of the substrate 11. The buffer layer 12 has an n-type impurity concentration between that of the substrate 11 and that of a low concentration layer 13 described below, and has a thickness of about 1 μm.

バッファ層12の表面上には、例えば、n型不純物濃度が5.0~20.0×1015/cmとされ、厚さが7~15μm程度とされたSiCからなるn型の低濃度層13が形成されている。この低濃度層13は、不純物濃度がZ軸方向において一定とされていてもよいが、濃度分布に傾斜が付けられ、低濃度層13のうちの基板11側の方が基板11から離れる側よりも高濃度となるようにされると好ましい。例えば、低濃度層13は、基板11の表面から3~5μm程度の部分の不純物濃度が2.0×1015/cm程度他の部分よりも高くされるのが好ましい。このような構成にすることにより、低濃度層13の内部抵抗を低減でき、オン抵抗を低減することができる。なお、本実施形態では、低濃度層13が第1不純物領域に相当する。 On the surface of the buffer layer 12, for example, an n -type low concentration layer 13 made of SiC is formed, the n- type impurity concentration of which is 5.0 to 20.0×10 15 /cm 3 and the thickness of which is about 7 to 15 μm. The low concentration layer 13 may have a constant impurity concentration in the Z-axis direction, but it is preferable that the concentration distribution is inclined so that the low concentration layer 13 has a higher concentration on the substrate 11 side than on the side away from the substrate 11. For example, it is preferable that the low concentration layer 13 has an impurity concentration of about 2.0×10 15 /cm 3 in a portion about 3 to 5 μm from the surface of the substrate 11 than in other portions. With this configuration, the internal resistance of the low concentration layer 13 can be reduced, and the on-resistance can be reduced. In this embodiment, the low concentration layer 13 corresponds to the first impurity region.

低濃度層13の表層部には、セル領域1および外周領域2の繋ぎ部2bにおいて、JFET層14および第1ディープ層15が形成されている。本実施形態では、JFET層14および第1ディープ層15は、それぞれX軸方向に沿って延設されると共に、Y軸方向において交互に繰り返し並べて配置された線状部分を有している。つまり、JFET層14および第1ディープ層15は、基板11の表面に対する法線方向(以下では、単に法線方向ともいう)において、それぞれX軸方向に沿って延設されたストライプ状とされ、それらがY軸方向に沿って交互に並べられたレイアウトとなる構成とされている。なお、基板11の表面に対する法線方向においてとは、言い換えると、基板11の表面に対する法線方向から視たときということもできる。また、基板11の表面に対する法線方向とは、後述するドリフト層19とベース層21との積層方向に沿った方向でもあり、Z軸方向に沿った方向である。 In the surface layer of the low concentration layer 13, a JFET layer 14 and a first deep layer 15 are formed at the connection portion 2b between the cell region 1 and the peripheral region 2. In this embodiment, the JFET layer 14 and the first deep layer 15 each extend along the X-axis direction and have linear portions arranged alternately and repeatedly in the Y-axis direction. In other words, the JFET layer 14 and the first deep layer 15 are stripes extending along the X-axis direction in the normal direction (hereinafter simply referred to as the normal direction) to the surface of the substrate 11, and are arranged alternately along the Y-axis direction. In addition, in the normal direction to the surface of the substrate 11, it can also be said that when viewed from the normal direction to the surface of the substrate 11. In addition, the normal direction to the surface of the substrate 11 is also the direction along the stacking direction of the drift layer 19 and the base layer 21 described later, and is the direction along the Z-axis direction.

JFET層14は、低濃度層13よりも高不純物濃度とされたn型とされており、厚さが0.3~1.5μmとされている。本実施形態では、JFET層14は、n型不純物濃度が5.0×1016~1.0×1017/cm程度とされている。第1ディープ層15は、p型不純物濃度が2.0×1017~2.0×1018/cm程度とされている。なお、具体的には後述するが、本実施形態では、セル領域1のうちの素子分離領域InにはJFET層14が形成されていない。つまり、JFET層14は、セル領域1においては、メインセル領域Rmおよびセンスセル領域Rsのみに形成されている。そして、本実施形態では、セル領域1のうちのJFET層14が形成されていない領域が素子分離領域Inとされている。 The JFET layer 14 is of n-type with a higher impurity concentration than the low concentration layer 13, and has a thickness of 0.3 to 1.5 μm. In this embodiment, the JFET layer 14 has an n-type impurity concentration of about 5.0×10 16 to 1.0×10 17 /cm 3. The first deep layer 15 has a p-type impurity concentration of about 2.0×10 17 to 2.0×10 18 /cm 3. As will be described later in detail, in this embodiment, the JFET layer 14 is not formed in the element isolation region In of the cell region 1. That is, the JFET layer 14 is formed only in the main cell region Rm and the sense cell region Rs in the cell region 1. In this embodiment, the region in the cell region 1 where the JFET layer 14 is not formed is the element isolation region In.

また、本実施形態の第1ディープ層15は、JFET層14より浅く形成されている。つまり、第1ディープ層15は、底部がJFET層14内に位置するように形成されている。言い換えると、第1ディープ層15は、低濃度層13との間にJFET層14が位置するように形成されている。なお、このようなJFET層14および第1ディープ層15は、低濃度層13の表層部に適宜不純物をイオン注入することで形成される。 In addition, the first deep layer 15 in this embodiment is formed shallower than the JFET layer 14. In other words, the first deep layer 15 is formed so that its bottom is located within the JFET layer 14. In other words, the first deep layer 15 is formed so that the JFET layer 14 is located between it and the low concentration layer 13. Note that such a JFET layer 14 and first deep layer 15 are formed by appropriately ion-implanting impurities into the surface layer of the low concentration layer 13.

ここで、上記のようにメインセル領域Rmとセンスセル領域Rsとは、同様の構成とされており、斜視図は共に図3に示されるようになる。但し、本実施形態では、センスセル領域Rsにおける隣合う第1ディープ層15の間隔B2は、メインセル領域Rmにおける隣合う第1ディープ層15の間隔B1よりも狭くされている。このため、メインセル領域Rmおよびセンスセル領域Rsの図2に相当する図は、実際には、センスセル領域Rsにおける隣合う第1ディープ層15の間隔B2がメインセル領域Rmにおける隣合う第1ディープ層15の間隔B1よりも狭くなる図となる。なお、隣合う第1ディープ層15の間隔とは、Y軸方向に沿って配列された第1ディープ層15の間隔ともいえる。また、以下では、メインセル領域Rmにおける隣合う第1ディープ層15の間隔B1を単に間隔B1ともいい、センスセル領域Rsにおける隣合う第1ディープ層15の間隔B2を単に間隔B2ともいう。 Here, as described above, the main cell region Rm and the sense cell region Rs have the same configuration, and the perspective views of both are as shown in FIG. 3. However, in this embodiment, the interval B2 between adjacent first deep layers 15 in the sense cell region Rs is narrower than the interval B1 between adjacent first deep layers 15 in the main cell region Rm. For this reason, the diagram of the main cell region Rm and the sense cell region Rs corresponding to FIG. 2 is actually a diagram in which the interval B2 between adjacent first deep layers 15 in the sense cell region Rs is narrower than the interval B1 between adjacent first deep layers 15 in the main cell region Rm. The interval between adjacent first deep layers 15 can also be said to be the interval between the first deep layers 15 arranged along the Y-axis direction. In the following, the interval B1 between adjacent first deep layers 15 in the main cell region Rm is also simply referred to as the interval B1, and the interval B2 between adjacent first deep layers 15 in the sense cell region Rs is also simply referred to as the interval B2.

また、低濃度層13の表層部には、外周領域2のガードリング部2aにおいて、セル領域1を囲むように、複数本のp型のガードリング16が備えられている。本実施形態では、ガードリング16の上面レイアウトは、法線方向において、四隅が丸められた四角形状や円形状等とされている。 In addition, a plurality of p-type guard rings 16 are provided in the surface layer of the low concentration layer 13 in the guard ring portion 2a of the peripheral region 2 so as to surround the cell region 1. In this embodiment, the top surface layout of the guard rings 16 is a square or a circle with rounded corners in the normal direction.

セル領域1におけるJFET層14および第1ディープ層15上には、電流分散層17、第2ディープ層18、ベース層21、ソース領域22、コンタクト領域23等が形成されている。 A current spreading layer 17, a second deep layer 18, a base layer 21, a source region 22, a contact region 23, etc. are formed on the JFET layer 14 and the first deep layer 15 in the cell region 1.

電流分散層17は、低濃度層13よりも高不純物濃度とされたn型とされ、JFET層14と繋がるように形成されている。このため、本実施形態では、低濃度層13、JFET層14、および電流分散層17が繋がり、これらによってドリフト層19が構成されている。また、電流分散層17は、厚さが0.5~2.0μmとされ、n型不純物濃度が1.0×1017~3.0×1017cm程度とされている。 The current spreading layer 17 is of n-type with a higher impurity concentration than the low concentration layer 13, and is formed so as to be connected to the JFET layer 14. Therefore, in this embodiment, the low concentration layer 13, the JFET layer 14, and the current spreading layer 17 are connected to each other, and form the drift layer 19. The current spreading layer 17 has a thickness of 0.5 to 2.0 μm and an n-type impurity concentration of about 1.0×10 17 to 3.0×10 17 cm 3 .

第2ディープ層18は、p型とされ、厚さが電流分散層17と等しくされている。また、第2ディープ層18は、第1ディープ層15と接続されるように形成されている。本実施形態の第2ディープ層18は、p型不純物濃度が2.0×1017~2.0×1018/cm程度とされている。 The second deep layer 18 is of p-type and has a thickness equal to that of the current spreading layer 17. The second deep layer 18 is formed so as to be connected to the first deep layer 15. The second deep layer 18 of the present embodiment has a p-type impurity concentration of about 2.0×10 17 to 2.0×10 18 /cm 3 .

そして、電流分散層17および第2ディープ層18は、JFET層14のうちのストライプ状とされた部分や、第1ディープ層15の長手方向に対して交差する方向に延設されている。本実施形態では、電流分散層17および第2ディープ層18は、Y軸方向を長手方向として延設されると共に、X軸方向において交互に複数本が並べられたレイアウトとされている。なお、電流分散層17および第2ディープ層18の形成ピッチは、後述するトレンチゲート構造の形成ピッチに合わせてあり、第2ディープ層18は、後述するトレンチ24を挟むように形成されている。 The current spreading layer 17 and the second deep layer 18 extend in a direction intersecting the longitudinal direction of the striped portion of the JFET layer 14 and the first deep layer 15. In this embodiment, the current spreading layer 17 and the second deep layer 18 extend in the Y-axis direction as the longitudinal direction, and are arranged in a layout in which multiple layers are arranged alternately in the X-axis direction. The formation pitch of the current spreading layer 17 and the second deep layer 18 is set to match the formation pitch of the trench gate structure described later, and the second deep layer 18 is formed to sandwich the trench 24 described later.

ベース層21は、p型とされ、電流分散層17および第2ディープ層18上に形成されている。このため、第1ディープ層15は、第2ディープ層18を介してベース層21と接続された状態となっている。ベース層21は、例えば、p型不純物濃度が5.0×1016~2.0×1019/cmとされ、厚さが2.0μm程度とされている。 The base layer 21 is of p-type, and is formed on the current spreading layer 17 and the second deep layer 18. Therefore, the first deep layer 15 is connected to the base layer 21 via the second deep layer 18. The base layer 21 has, for example, a p-type impurity concentration of 5.0×10 16 to 2.0×10 19 /cm 3 and a thickness of about 2.0 μm.

ソース領域22は、n型とされており、ベース層21の表層部に形成されている。コンタクト領域23は、p型とされており、ベース層21の表層部に形成されている。具体的には、ソース領域22は、後述するトレンチ24の側面に接するように形成されてお、コンタクト領域23は、ソース領域22を挟んで後述するトレンチ24と反対側に形成されている。本実施形態では、ソース領域22は、表層部におけるn型不純物濃度(すなわち、表面濃度)が例えば1.0×1018/cm3とされ、厚さが0.3μm程度とされている。コンタクト領域23は、表層部におけるp型不純物濃度(すなわち、表面濃度)が例えば1.0×1021/cmとされ、厚さが0.3μm程度とされている。なお、本実施形態では、ソース領域22が第2不純物領域に相当する。 The source region 22 is n + type and is formed in the surface layer of the base layer 21. The contact region 23 is p + type and is formed in the surface layer of the base layer 21. Specifically, the source region 22 is formed so as to contact the side of a trench 24 described later, and the contact region 23 is formed on the opposite side of the trench 24 described later across the source region 22. In this embodiment, the source region 22 has an n-type impurity concentration (i.e., surface concentration) in the surface layer of, for example, 1.0×10 18 /cm 3 and a thickness of about 0.3 μm. The contact region 23 has a p-type impurity concentration (i.e., surface concentration) in the surface layer of, for example, 1.0×10 21 /cm 3 and a thickness of about 0.3 μm. In this embodiment, the source region 22 corresponds to the second impurity region.

外周領域2における低濃度層13、JFET層14、第1ディープ層15、ガードリング16上には、電流分散層17、第2ディープ層18、ベース層21、およびコンタクト領域23等が形成されている。第2ディープ層18は、外周領域2のうちの繋ぎ部2bに形成されており、セル領域1から外周領域2まで延設された第1ディープ層15と接続されるように形成されている。 A current spreading layer 17, a second deep layer 18, a base layer 21, a contact region 23, etc. are formed on the low concentration layer 13, the JFET layer 14, the first deep layer 15, and the guard ring 16 in the peripheral region 2. The second deep layer 18 is formed in the connecting portion 2b of the peripheral region 2, and is formed so as to be connected to the first deep layer 15 that extends from the cell region 1 to the peripheral region 2.

ベース層21は、第2ディープ層18上に形成されており、セル領域1から延設されている。コンタクト領域23は、ベース層21の表層部に形成されており、セル領域1に形成されたコンタクト領域23と同様の構成とされている。なお、本実施形態では、外周領域2における繋ぎ部2bは、表層の全面がコンタクト領域23とされている。 The base layer 21 is formed on the second deep layer 18 and extends from the cell region 1. The contact region 23 is formed in the surface layer of the base layer 21 and has a similar configuration to the contact region 23 formed in the cell region 1. In this embodiment, the entire surface of the connecting portion 2b in the outer periphery region 2 is made into the contact region 23.

本実施形態では、以上のように、基板11、バッファ層12、低濃度層13、JFET層14、第1ディープ層15、電流分散層17、第2ディープ層18、ベース層21、ソース領域22、コンタクト領域23等を含んで半導体基板10が構成されている。そして、上記のように半導体基板10が構成されているため、半導体基板10は、SiCで構成されているといえる。また、本実施形態では、半導体基板10の一面10aがソース領域22やコンタクト領域23で構成され、半導体基板10の他面10bが基板11で構成されている。 As described above, in this embodiment, the semiconductor substrate 10 is configured to include the substrate 11, buffer layer 12, low concentration layer 13, JFET layer 14, first deep layer 15, current spreading layer 17, second deep layer 18, base layer 21, source region 22, contact region 23, etc. Since the semiconductor substrate 10 is configured as described above, it can be said that the semiconductor substrate 10 is configured of SiC. In addition, in this embodiment, one surface 10a of the semiconductor substrate 10 is configured of the source region 22 and the contact region 23, and the other surface 10b of the semiconductor substrate 10 is configured of the substrate 11.

なお、電流分散層17、第2ディープ層18、ベース層21、ソース領域22、コンタクト領域23は、本実施形態ではイオン注入を行って構成される。このため、電流分散層17、第2ディープ層18、ベース層21、ソース領域22、コンタクト領域23は、イオン注入層で構成されているともいえる。 In this embodiment, the current spreading layer 17, the second deep layer 18, the base layer 21, the source region 22, and the contact region 23 are formed by ion implantation. Therefore, it can be said that the current spreading layer 17, the second deep layer 18, the base layer 21, the source region 22, and the contact region 23 are formed by ion implantation layers.

また、半導体基板10には、セル領域1に、ソース領域22やベース層21等を貫通して一面10a側から電流分散層17に達すると共に、底面が電流分散層17内に位置するように、例えば、幅が0.4~0.8μmとされたトレンチ24が形成されている。なお、トレンチ24は、JFET層14および第1ディープ層15に達しないように形成されている。つまり、トレンチ24は、底面よりも下方に、トレンチ24とは離れた状態でJFET層14および第1ディープ層15が位置するように形成されている。 In addition, in the semiconductor substrate 10, a trench 24 having a width of, for example, 0.4 to 0.8 μm is formed in the cell region 1, penetrating the source region 22, base layer 21, etc. from the one surface 10a side to reach the current spreading layer 17, and the bottom surface is located within the current spreading layer 17. The trench 24 is formed so as not to reach the JFET layer 14 and the first deep layer 15. In other words, the trench 24 is formed so that the JFET layer 14 and the first deep layer 15 are located below the bottom surface and apart from the trench 24.

また、トレンチ24は、Y軸方向に沿って延びるように複数本が延設されると共に、X軸方向に等間隔で並べられてストライプ状となるように形成されている。つまり、本実施形態では、トレンチ24は、長手方向が第1ディープ層15の長手方向と直交するように形成されている。そして、トレンチ24は、Z軸方向において、第2ディープ層18に挟まれるように形成されている。 The trenches 24 are formed so that multiple trenches 24 extend along the Y-axis direction and are arranged at equal intervals in the X-axis direction to form stripes. In other words, in this embodiment, the trenches 24 are formed so that their longitudinal direction is perpendicular to the longitudinal direction of the first deep layer 15. The trenches 24 are formed so that they are sandwiched between the second deep layers 18 in the Z-axis direction.

トレンチ24には、内壁面にゲート絶縁膜25が形成され、ゲート絶縁膜25上には、ドープトPoly-Si等によって構成されるゲート電極26が形成されている。これにより、トレンチゲート構造が構成されている。特に限定されるものではないが、ゲート絶縁膜25は、トレンチ24の内壁面を熱酸化する、またはCVD(chemical vapor depositionの略)法を行うことで形成される。そして、ゲート絶縁膜25は、厚さがトレンチ24の側面側および底面側で共に100nm程度とされている。 A gate insulating film 25 is formed on the inner wall surface of the trench 24, and a gate electrode 26 made of doped Poly-Si or the like is formed on the gate insulating film 25. This forms a trench gate structure. Although not particularly limited, the gate insulating film 25 is formed by thermally oxidizing the inner wall surface of the trench 24 or by carrying out a CVD (short for chemical vapor deposition) method. The gate insulating film 25 has a thickness of about 100 nm on both the side and bottom sides of the trench 24.

なお、ゲート絶縁膜25は、トレンチ24の内壁面以外の表面にも形成されている。具体的には、ゲート絶縁膜25は、半導体基板10の一面10aの一部も覆うように形成されている。より詳しくは、ゲート絶縁膜25は、セル領域1において、ソース領域22の表面の一部も覆うように形成されている。言い換えると、ゲート絶縁膜25には、セル領域1において、ゲート電極26が配置される部分と異なる部分において、ソース領域22およびコンタクト領域23を露出させるコンタクトホール25aが形成されている。 The gate insulating film 25 is also formed on surfaces other than the inner wall surface of the trench 24. Specifically, the gate insulating film 25 is formed so as to cover a portion of one surface 10a of the semiconductor substrate 10. More specifically, the gate insulating film 25 is formed so as to cover a portion of the surface of the source region 22 in the cell region 1. In other words, the gate insulating film 25 has contact holes 25a that expose the source region 22 and the contact region 23 in a portion of the cell region 1 different from the portion where the gate electrode 26 is disposed.

ゲート絶縁膜25は、繋ぎ部2bにおけるコンタクト領域23の表面にも形成されている。また、ゲート絶縁膜25は、外周領域2の繋ぎ部2bにおいて、コンタクト領域23を露出させるコンタクトホール25cが形成されている。そして、ゲート電極26は、繋ぎ部2bにおけるゲート絶縁膜25の表面上まで延設されている。なお、本実施形態のコンタクトホール25cは、繋ぎ部2bのゲート絶縁膜25上まで延設されたゲート電極26よりもガードリング部2a側に形成されている。以上のようにして、本実施形態のトレンチゲート構造が構成されている。 The gate insulating film 25 is also formed on the surface of the contact region 23 in the connecting portion 2b. In addition, the gate insulating film 25 has a contact hole 25c formed in the connecting portion 2b of the outer peripheral region 2 to expose the contact region 23. The gate electrode 26 is extended onto the surface of the gate insulating film 25 in the connecting portion 2b. In this embodiment, the contact hole 25c is formed on the guard ring portion 2a side of the gate electrode 26 extended onto the gate insulating film 25 in the connecting portion 2b. In this manner, the trench gate structure of this embodiment is configured.

また、半導体基板10には、外周領域2のうちのガードリング部2aにおいて、ベース層21を貫通して第2ディープ層18および電流分散層17に達するように凹部10cが形成されている。本実施形態のSiC半導体装置は、このように外周領域2に凹部10cが形成されたメサ構造型とされている。 In addition, in the semiconductor substrate 10, a recess 10c is formed in the guard ring portion 2a of the peripheral region 2 so as to penetrate the base layer 21 and reach the second deep layer 18 and the current spreading layer 17. The SiC semiconductor device of this embodiment has a mesa structure in which the recess 10c is thus formed in the peripheral region 2.

半導体基板10の一面10a上には、ゲート電極26やゲート絶縁膜25等を覆うように、層間絶縁膜27が形成されている。層間絶縁膜27は、BPSG(Borophosphosilicate Glassの略)等で構成されている。 An interlayer insulating film 27 is formed on one surface 10a of the semiconductor substrate 10 so as to cover the gate electrode 26, the gate insulating film 25, etc. The interlayer insulating film 27 is made of BPSG (short for borophosphosilicate glass) or the like.

層間絶縁膜27には、セル領域1において、コンタクトホール25aと連通してソース領域22やコンタクト領域23を露出させるコンタクトホール27aが形成されている。また、層間絶縁膜27には、ゲート電極26のうちの繋ぎ部2bまで延設された部分を露出させるコンタクトホール27bが形成されている。さらに、層間絶縁膜27には、外周領域2の繋ぎ部2bにおいて、コンタクトホール25cと連通してコンタクト領域23を露出させるコンタクトホール27cが形成されている。つまり、層間絶縁膜27には、セル領域1にコンタクトホール27aが形成され、外周領域2にコンタクトホール27b、27cが形成されている。 In the interlayer insulating film 27, a contact hole 27a is formed in the cell region 1, which communicates with the contact hole 25a and exposes the source region 22 and the contact region 23. In addition, a contact hole 27b is formed in the interlayer insulating film 27, which exposes a portion of the gate electrode 26 that extends to the connecting portion 2b. In addition, a contact hole 27c is formed in the interlayer insulating film 27 in the connecting portion 2b of the peripheral region 2, which communicates with the contact hole 25c and exposes the contact region 23. In other words, in the interlayer insulating film 27, the contact hole 27a is formed in the cell region 1, and the contact holes 27b and 27c are formed in the peripheral region 2.

なお、セル領域1の層間絶縁膜27に形成されたコンタクトホール27aは、ゲート絶縁膜25に形成されたコンタクトホール25aと連通するように形成されており、当該コンタクトホール25aと共に1つのコンタクトホールとして機能する。このため、以下では、コンタクトホール25aおよびコンタクトホール27aを纏めてコンタクトホール25bともいう。また、繋ぎ部2bの層間絶縁膜27に形成されたコンタクトホール27cは、ゲート絶縁膜25に形成されたコンタクトホール25cと連通するように形成されており、当該コンタクトホール25cと共に1つのコンタクトホールとして機能する。このため、以下では、コンタクトホール25cおよびコンタクトホール27cを纏めて繋ぎ部用コンタクトホール25dともいう。そして、コンタクトホール25b、および繋ぎ部用コンタクトホール25dのパターンは、任意であり、例えば複数の正方形のものを配列させたパターン、長方形のライン状のものを配列させたパターン、または、ライン状のものを並べたパターン等が挙げられる。本実施形態では、コンタクトホール25b、および繋ぎ部用コンタクトホール25dは、トレンチ24の長手方向に沿ったライン状とされている。 The contact hole 27a formed in the interlayer insulating film 27 of the cell region 1 is formed so as to communicate with the contact hole 25a formed in the gate insulating film 25, and functions together with the contact hole 25a as one contact hole. For this reason, hereinafter, the contact holes 25a and 27a are also collectively referred to as contact holes 25b. The contact hole 27c formed in the interlayer insulating film 27 of the connecting portion 2b is formed so as to communicate with the contact hole 25c formed in the gate insulating film 25, and functions together with the contact hole 25c as one contact hole. For this reason, hereinafter, the contact holes 25c and 27c are also collectively referred to as the connecting portion contact hole 25d. The patterns of the contact holes 25b and the connecting portion contact holes 25d are arbitrary, and examples thereof include a pattern in which a plurality of squares are arranged, a pattern in which rectangular line-shaped objects are arranged, or a pattern in which line-shaped objects are arranged. In this embodiment, the contact hole 25b and the connecting portion contact hole 25d are linear along the longitudinal direction of the trench 24.

層間絶縁膜27上には、コンタクトホール25bを通じてソース領域22およびコンタクト領域23と電気的に接続される上部電極28が形成されている。なお、本実施形態の上部電極28は、繋ぎ部用コンタクトホール25dを通じて外周領域2のベース層21に形成されたコンタクト領域23とも接続されている。また、上部電極28は、セル領域1において、メインセル領域Rmおよびセンスセル領域Rsに対して別々に備えられている。そして、それぞれの上部電極28は、別々に外部との電気的な接続が行えるようになっている。本実施形態では、上部電極28が第1電極に相当している。また、層間絶縁膜27上には、コンタクトホール27bを通じてゲート電極26と電気的に接続されるゲート配線29が形成されている。 An upper electrode 28 is formed on the interlayer insulating film 27, and is electrically connected to the source region 22 and the contact region 23 through the contact hole 25b. The upper electrode 28 in this embodiment is also connected to the contact region 23 formed in the base layer 21 of the peripheral region 2 through the connecting portion contact hole 25d. The upper electrodes 28 are provided separately for the main cell region Rm and the sense cell region Rs in the cell region 1. Each upper electrode 28 can be electrically connected to the outside separately. In this embodiment, the upper electrode 28 corresponds to the first electrode. A gate wiring 29 is formed on the interlayer insulating film 27, and is electrically connected to the gate electrode 26 through the contact hole 27b.

本実施形態の上部電極28は、例えば、Ni/Al等の複数の金属にて構成されている。そして、複数の金属のうちのn型SiC(すなわち、ソース領域22)を構成する部分と接触する部分は、n型SiCとオーミック接触可能な金属で構成されている。また、複数の金属のうちの少なくともp型SiC(すなわち、コンタクト領域23)と接触する部分は、p型SiCとオーミック接触可能な金属で構成されている。なお、ゲート配線29は、上部電極28と同様の構成とされていてもよいし、Al-Si等で構成されていてもよい。 The upper electrode 28 in this embodiment is composed of multiple metals, such as Ni/Al. The portion of the multiple metals that contacts the portion that constitutes the n-type SiC (i.e., the source region 22) is composed of a metal that can make ohmic contact with the n-type SiC. At least the portion of the multiple metals that contacts the p-type SiC (i.e., the contact region 23) is composed of a metal that can make ohmic contact with the p-type SiC. The gate wiring 29 may be composed in the same manner as the upper electrode 28, or may be composed of Al-Si, etc.

さらに、繋ぎ部2bおよびガードリング部2aを覆うように、ポリイミド等によって構成される保護膜30が形成されている。本実施形態では、保護膜30は、上部電極28と後述する下部電極31との間で沿面放電が発生することを抑制するため、外周領域2からセル領域1の外縁部上まで形成されている。具体的には、保護膜30は、セル領域1において、上部電極28のうちの外周領域2側の部分を覆いつつ、上部電極28のうちの内縁側の部分を露出させるように形成されている。 Furthermore, a protective film 30 made of polyimide or the like is formed to cover the connecting portion 2b and the guard ring portion 2a. In this embodiment, the protective film 30 is formed from the outer peripheral region 2 to the outer edge of the cell region 1 in order to suppress the occurrence of creeping discharge between the upper electrode 28 and the lower electrode 31 described below. Specifically, the protective film 30 is formed in the cell region 1 so as to cover the portion of the upper electrode 28 on the outer peripheral region 2 side while exposing the portion of the upper electrode 28 on the inner edge side.

半導体基板10の他面10b側には、基板11と電気的に接続される下部電極31が形成されている。なお、本実施形態では、下部電極31が第2電極に相当している。 A lower electrode 31 that is electrically connected to the substrate 11 is formed on the other surface 10b of the semiconductor substrate 10. In this embodiment, the lower electrode 31 corresponds to the second electrode.

本実施形態のSiC半導体装置では、このような構造により、nチャネルタイプの反転型であるトレンチゲート構造のMOSFETがメインセル領域Rmおよびセンスセル領域Rsに形成されている。次に、素子分離領域Inの構成について説明する。 In the SiC semiconductor device of this embodiment, an n-channel type inversion type trench gate structure MOSFET is formed in the main cell region Rm and the sense cell region Rs due to this structure. Next, the configuration of the element isolation region In will be described.

素子分離領域Inは、上記のようにセンスセル領域Rsを囲むようにして形成され、メインセル領域Rmとセンスセル領域Rsとの間に配置されている。そして、素子分離領域Inは、図4に示されるように、セル領域1と同様に、基板11、バッファ層12、低濃度層13を有する構成とされている。 The element isolation region In is formed to surround the sense cell region Rs as described above, and is disposed between the main cell region Rm and the sense cell region Rs. As shown in FIG. 4, the element isolation region In has a structure including a substrate 11, a buffer layer 12, and a low concentration layer 13, similar to the cell region 1.

低濃度層13の表層部には、第1ディープ層15のみが形成されており、JFET層14は形成されていない。そして、本実施形態では、メインセル領域Rmとセンスセル領域Rsとの間に位置するJFET層14が形成されていない領域が素子分離領域Inとされている。つまり、JFET層14は、素子分離領域Inと異なる領域に形成されている。 Only the first deep layer 15 is formed in the surface portion of the low concentration layer 13, and the JFET layer 14 is not formed. In this embodiment, the region between the main cell region Rm and the sense cell region Rs where the JFET layer 14 is not formed is the element isolation region In. In other words, the JFET layer 14 is formed in a region different from the element isolation region In.

また、第1ディープ層15は、メインセル領域Rm側の部分と、センスセル領域Rs側の部分とが間隔B3だけ離れて配置されている。但し、素子分離領域Inにおける第1ディープ層15の間隔B3(以下では、単に間隔B3ともいう)は、メインセル領域Rmおよびセンスセル領域Rsにおける間隔B1、B2以上とされている。本実施形態では、例えば、間隔B1が0.9μmとされ、間隔B3が1.0~1.4μmとされる。 The first deep layer 15 is arranged such that the portion on the main cell region Rm side is separated from the portion on the sense cell region Rs side by a distance B3. However, the distance B3 (hereinafter simply referred to as distance B3) of the first deep layer 15 in the element isolation region In is set to be equal to or greater than the distances B1 and B2 in the main cell region Rm and the sense cell region Rs. In this embodiment, for example, the distance B1 is set to 0.9 μm, and the distance B3 is set to 1.0 to 1.4 μm.

第1ディープ層15上には、電流分散層17、第2ディープ層18、ベース層21、コンタクト領域23が形成されている。第2ディープ層18は、メインセル領域Rm側の部分と、センスセル領域Rs側の部分とが間隔B4だけ離れて配置されている。但し、第2ディープ層18の間隔B4は、第1ディープ層15の間隔B3よりも広くされている。そして、電流分散層17は、第2ディープ層18の間に配置されている。 A current spreading layer 17, a second deep layer 18, a base layer 21, and a contact region 23 are formed on the first deep layer 15. The second deep layer 18 is arranged such that the portion on the main cell region Rm side is separated from the portion on the sense cell region Rs side by a distance B4. However, the distance B4 of the second deep layer 18 is wider than the distance B3 of the first deep layer 15. The current spreading layer 17 is arranged between the second deep layers 18.

ベース層21は、第2ディープ層18上に配置されており、コンタクト領域23は、ベース層21の表層部に形成されている。なお、素子分離領域Inにおける各構成要素は、セル領域1と同様の不純物濃度とされている。 The base layer 21 is disposed on the second deep layer 18, and the contact region 23 is formed in the surface layer of the base layer 21. Note that each component in the element isolation region In has the same impurity concentration as that of the cell region 1.

また、素子分離領域Inには、分離構造としての分離トレンチ40が電流分散層17および第2ディープ層18に達するように形成されている。これにより、メインセル領域Rm側のベース層21およびコンタクト領域23と、センスセル領域Rs側のベース層21およびコンタクト領域23とが電気的に分離されている。本実施形態では、分離トレンチ40は、深さがトレンチ24と同じとされており、トレンチ24を形成する際に同時に形成される。 In addition, in the element isolation region In, an isolation trench 40 is formed as an isolation structure so as to reach the current spreading layer 17 and the second deep layer 18. This electrically isolates the base layer 21 and contact region 23 on the main cell region Rm side from the base layer 21 and contact region 23 on the sense cell region Rs side. In this embodiment, the isolation trench 40 has the same depth as the trench 24, and is formed at the same time as the trench 24 is formed.

なお、本実施形態では、素子分離領域Inの幅Indは、後述するように、7.0μm以上とされている。素子分離領域Inの幅Indとは、メインセル領域Rmとセンスセル領域Rsとの間に位置する部分の長さである。また、分離トレンチ40の幅40aは、後述するように、7.4μm以上とされている。 In this embodiment, the width Ind of the element isolation region In is set to 7.0 μm or more, as described later. The width Ind of the element isolation region In is the length of the portion located between the main cell region Rm and the sense cell region Rs. In addition, the width 40a of the isolation trench 40 is set to 7.4 μm or more, as described later.

以上が本実施形態におけるSiC半導体装置の構成である。なお、本実施形態では、n型、n型、n型が第1導電型に相当しており、p型、p型が第2導電型に相当している。次に、上記SiC半導体装置の作動について説明する。 The above is the configuration of the SiC semiconductor device in this embodiment. In this embodiment, n - type, n-type, and n + type correspond to the first conductivity type, and p-type and p + type correspond to the second conductivity type. Next, the operation of the above-mentioned SiC semiconductor device will be described.

まず、上記SiC半導体装置は、ゲート電極26にゲート電圧が印加される前のオフ状態では、ベース層21に反転層が形成されない。このため、下部電極31に正の電圧、例えば1600Vが印加されたとしても、ソース領域22からベース層21内に電子が流れず、上部電極28と下部電極31との間には電流が流れない。 First, in the above-mentioned SiC semiconductor device, in the off state before the gate voltage is applied to the gate electrode 26, no inversion layer is formed in the base layer 21. Therefore, even if a positive voltage, for example, 1600 V, is applied to the lower electrode 31, electrons do not flow from the source region 22 into the base layer 21, and no current flows between the upper electrode 28 and the lower electrode 31.

また、ゲート電極26にゲート電圧が印加される前の状態では、ドレイン-ゲート間に電界がかかり、ゲート絶縁膜25の底部に電界集中が発生し得る。しかしながら、上記SiC半導体装置では、トレンチ24よりも深い位置に、第1ディープ層15およびJFET層14が備えられている。このため、第1ディープ層15およびJFET層14との間に構成される空乏層により、ドレイン電圧の影響による等電位線のせり上がりが抑制され、高電界がゲート絶縁膜25に入り込み難くなる。したがって、本実施形態では、ゲート絶縁膜25が破壊されることを抑制できる。 Furthermore, before the gate voltage is applied to the gate electrode 26, an electric field is applied between the drain and gate, and electric field concentration may occur at the bottom of the gate insulating film 25. However, in the above-mentioned SiC semiconductor device, the first deep layer 15 and the JFET layer 14 are provided at a position deeper than the trench 24. Therefore, the depletion layer formed between the first deep layer 15 and the JFET layer 14 suppresses the rise of the equipotential lines due to the influence of the drain voltage, making it difficult for a high electric field to penetrate the gate insulating film 25. Therefore, in this embodiment, it is possible to suppress the destruction of the gate insulating film 25.

そして、ゲート電極26に所定のゲート電圧、例えば20Vが印加されると、ベース層21のうちのトレンチ24に接している表面にチャネルが形成される。このため、上部電極28から注入された電子は、ソース領域22からベース層21に形成されたチャネルを通った後、電流分散層17に流れる。そして、電流分散層17に流れた電子は、JFET層14を通過して低濃度層13に流れ、その後にドレイン層としての基板11を通過して下部電極31へ流れる。これにより、上部電極28と下部電極31との間に電流が流れ、SiC半導体装置がオン状態となる。なお、本実施形態では、チャネルを通過した電子が電流分散層17、JFET層14および低濃度層13を通過して基板11へ流れるため、電流分散層17、JFET層14および低濃度層13を有するドリフト層19が構成されているといえる。 When a predetermined gate voltage, for example, 20 V, is applied to the gate electrode 26, a channel is formed on the surface of the base layer 21 that is in contact with the trench 24. Therefore, electrons injected from the upper electrode 28 pass through the channel formed in the base layer 21 from the source region 22 and then flow to the current spreading layer 17. The electrons that flow into the current spreading layer 17 pass through the JFET layer 14 and flow into the low concentration layer 13, and then pass through the substrate 11 as the drain layer and flow to the lower electrode 31. As a result, a current flows between the upper electrode 28 and the lower electrode 31, and the SiC semiconductor device is turned on. In this embodiment, since the electrons that have passed through the channel pass through the current spreading layer 17, the JFET layer 14, and the low concentration layer 13 and flow to the substrate 11, it can be said that a drift layer 19 having the current spreading layer 17, the JFET layer 14, and the low concentration layer 13 is configured.

そして、本実施形態では、素子分離領域Inにおいて、低濃度層13よりも高濃度であるJFET層14を備えない構成としている。このため、ドレイン電圧の影響による等電位線のせり上がりがさらに抑制される。したがって、本実施形態では、上記のように、間隔B3を間隔B1、B2以上にできる。これにより、第1ディープ層15をイオン注入で形成する際、間隔B3に相当するマスクを容易に配置することができ、歩留まりが悪化することを抑制したSiC半導体装置とできる。 In this embodiment, the element isolation region In does not include a JFET layer 14 having a higher concentration than the low concentration layer 13. This further suppresses the rise of the equipotential lines due to the influence of the drain voltage. Therefore, in this embodiment, as described above, the interval B3 can be made equal to or greater than the intervals B1 and B2. This makes it possible to easily position a mask equivalent to the interval B3 when forming the first deep layer 15 by ion implantation, resulting in a SiC semiconductor device in which the deterioration of the yield is suppressed.

ここで、本発明者らがドレイン-ソース間耐圧について検討したところ、図5に示される結果が得られた。すなわち、図5に示されるように、ドレイン-ソース間耐圧は、素子分離領域Inの幅Indが7.0μmになるまでは徐々に高くなり、7.0μm以上になるとほぼ変化しないことが確認された。このため、素子分離領域Inの幅Indは、7.0μm以上とされることが好ましい。 Here, the inventors investigated the drain-source breakdown voltage and obtained the results shown in FIG. 5. That is, as shown in FIG. 5, it was confirmed that the drain-source breakdown voltage gradually increases until the width Ind of the element isolation region In becomes 7.0 μm, and remains almost unchanged once it becomes 7.0 μm or more. For this reason, it is preferable that the width Ind of the element isolation region In is 7.0 μm or more.

この場合、上記のように構成されたSiC半導体装置では、セル領域1の耐圧が1500V程度となる。このため、素子分離領域Inの幅を7.0μm以上とすることにより、素子分離領域Inの耐圧をセル領域1の耐圧よりも高くできる。これにより、面積が小さくなり易い素子分離領域Inが先にブレークダウンすることを抑制できる。但し、素子分離領域Inは、電流が流れ難い無効領域となる。したがって、素子分離領域Inの幅Indは、7.0μm以上である範囲において、可能な限り狭くすることが好ましい。 In this case, in the SiC semiconductor device configured as described above, the breakdown voltage of the cell region 1 is about 1500 V. Therefore, by making the width of the element isolation region In 7.0 μm or more, the breakdown voltage of the element isolation region In can be made higher than the breakdown voltage of the cell region 1. This makes it possible to prevent the element isolation region In, which is likely to have a small area, from breaking down first. However, the element isolation region In becomes an ineffective region through which current does not easily flow. Therefore, it is preferable to make the width Ind of the element isolation region In as narrow as possible within the range of 7.0 μm or more.

また、本発明者らの検討によれば、第1ディープ層15を形成する際のマスクの加工精度等を考慮すると、分離トレンチ40の幅40aは、下記数式で導出されることが好ましいことが確認された。すなわち、本発明者らの検討によれば、上記のような不純物濃度でSiC半導体装置を構成した場合、間隔B3の最大は、1.4μmとされることが好ましいことが確認された。また、間隔B3と間隔B4との差は、アライメントズレを考慮すると、少なくとも2.0μmとされることが好ましいことが確認された。さらに、間隔B2と分離トレンチ40のアライメントズレを考慮すると、少なくとも1.0μmの余裕を持たせることが好ましいことが確認された。したがって、分離トレンチ40の幅40aの最小値は、下記数式1で示される。 In addition, according to the study by the present inventors, it has been confirmed that, taking into consideration the processing accuracy of the mask when forming the first deep layer 15, the width 40a of the isolation trench 40 is preferably derived by the following formula. That is, according to the study by the present inventors, when the SiC semiconductor device is configured with the above-mentioned impurity concentration, it has been confirmed that the maximum of the interval B3 is preferably 1.4 μm. In addition, it has been confirmed that, taking into consideration the misalignment, the difference between the interval B3 and the interval B4 is preferably at least 2.0 μm. Furthermore, it has been confirmed that, taking into consideration the misalignment between the interval B2 and the isolation trench 40, it is preferable to provide a margin of at least 1.0 μm. Therefore, the minimum value of the width 40a of the isolation trench 40 is shown by the following formula 1.

(数1)(1.4+2×2.0)+2×1.0=7.4(μm)…(数式1)
以上より、本実施形態では、分離トレンチ40の幅40aが7.4μm以上とされている。
(1.4+2×2.0)+2×1.0=7.4 (μm)...(Formula 1)
For the above reasons, in this embodiment, the width 40a of the isolation trench 40 is set to 7.4 μm or more.

以上説明した本実施形態によれば、素子分離領域Inに低濃度層13よりも高濃度であるJFET層14を形成しない構成としている。このため、素子分離領域InにJFET層14が形成されている場合と比較して、ドレイン電圧の影響による等電位線のせり上がりを抑制し易くできる。したがって、本実施形態のSiC半導体装置では、間隔B3を間隔B1、B2以上にできる。これにより、第1ディープ層15をイオン注入で形成する際、間隔B3に相当するマスクを容易に配置することができ、歩留まりが悪化することを抑制したSiC半導体装置とできる。 According to the present embodiment described above, the JFET layer 14, which has a higher concentration than the low concentration layer 13, is not formed in the element isolation region In. Therefore, compared to when the JFET layer 14 is formed in the element isolation region In, it is easier to suppress the rise of the equipotential lines due to the influence of the drain voltage. Therefore, in the SiC semiconductor device of this embodiment, the interval B3 can be made equal to or greater than the intervals B1 and B2. As a result, when the first deep layer 15 is formed by ion implantation, a mask equivalent to the interval B3 can be easily arranged, and a SiC semiconductor device in which the deterioration of the yield is suppressed can be obtained.

(1)本実施形態では、センスセル領域Rsの間隔B2がメインセル領域Rmの間隔B1よりも狭くされている。このため、センスセル領域Rsの動作時の規格化オン抵抗を同等にでき、メインセル領域Rmの電流値とセンスセル領域Rsの電流値のリニアリティを改善し易くできる。 (1) In this embodiment, the spacing B2 of the sense cell region Rs is narrower than the spacing B1 of the main cell region Rm. This allows the normalized on-resistance of the sense cell region Rs during operation to be equalized, making it easier to improve the linearity of the current value of the main cell region Rm and the current value of the sense cell region Rs.

(2)本実施形態では、分離構造が分離トレンチ40で形成されている。このため、トレンチ24を形成する工程と分離トレンチ40を形成する工程とを共通化でき、製造工程の簡略化を図ることができる。また、素子分離領域Inでは、メインセル領域Rm側のベース層21およびコンタクト領域23と、センスセル領域Rs側のベース層21およびコンタクト領域23を貫通するように分離トレンチ40を形成するため、ベース層21およびコンタクト領域23を詳細にパターニングして形成しなくてもよい。このため、この点においても、製造工程の簡略化を図ることができる。 (2) In this embodiment, the isolation structure is formed by the isolation trench 40. Therefore, the process of forming the trench 24 and the process of forming the isolation trench 40 can be common, and the manufacturing process can be simplified. Also, in the element isolation region In, the isolation trench 40 is formed so as to penetrate the base layer 21 and contact region 23 on the main cell region Rm side and the base layer 21 and contact region 23 on the sense cell region Rs side, so that the base layer 21 and contact region 23 do not need to be patterned in detail. Therefore, in this respect as well, the manufacturing process can be simplified.

(3)本実施形態では、分離トレンチ40の幅40aが7.4μm以上とされている。このため、アライメントズレに十分に対応でき、歩留まりが悪化することを抑制できる。 (3) In this embodiment, the width 40a of the isolation trench 40 is set to 7.4 μm or more. This allows for adequate response to misalignment and prevents yield degradation.

(4)本実施形態では、素子分離領域Inの幅が7.0μm以上とされている。このため、素子分離領域Inにおけるドレイン-ソース間の耐圧を十分に高くできる。 (4) In this embodiment, the width of the element isolation region In is set to 7.0 μm or more. This allows the withstand voltage between the drain and source in the element isolation region In to be sufficiently high.

(第2実施形態)
第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、分離構造の構成を変更したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
Second Embodiment
A second embodiment will be described. In this embodiment, the configuration of the separation structure is changed from that of the first embodiment. As the rest is the same as the first embodiment, the description will be omitted here.

本実施形態のSiC半導体装置では、図6に示されるように、素子分離領域Inには、メインセル領域Rmのベース層21およびコンタクト領域23と、センスセル領域Rsのベース層21およびコンタクト領域23との間に、n型の分離層41が形成されている。そして、メインセル領域Rmのベース層21およびコンタクト領域23と、センスセル領域Rsのベース層21およびコンタクト領域23とは、分離層41によって電気的に分離されている。 In the SiC semiconductor device of this embodiment, as shown in FIG. 6, an n-type isolation layer 41 is formed in the element isolation region In between the base layer 21 and contact region 23 of the main cell region Rm and the base layer 21 and contact region 23 of the sense cell region Rs. The base layer 21 and contact region 23 of the main cell region Rm and the base layer 21 and contact region 23 of the sense cell region Rs are electrically isolated by the isolation layer 41.

以上説明した本実施形態によれば、素子分離領域Inに低濃度層13よりも高濃度であるJFET層14が形成されていない。このため、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。 According to the present embodiment described above, the JFET layer 14, which has a higher concentration than the low concentration layer 13, is not formed in the element isolation region In. Therefore, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

(1)本実施形態では、分離層41によってメインセル領域Rmのベース層21およびコンタクト領域23と、センスセル領域Rsのベース層21およびコンタクト領域23とが電気的に分離されている。このため、分離構造を分離トレンチ40で構成する場合と比較して、表面凹凸が発生し難くなり、SiC半導体装置の信頼性を向上できると共に、SiC半導体装置の縮小化を図ることができる。 (1) In this embodiment, the base layer 21 and contact region 23 of the main cell region Rm are electrically isolated from the base layer 21 and contact region 23 of the sense cell region Rs by the isolation layer 41. Therefore, compared to when the isolation structure is configured with an isolation trench 40, surface irregularities are less likely to occur, improving the reliability of the SiC semiconductor device and enabling the SiC semiconductor device to be miniaturized.

(第3実施形態)
第3実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、外周領域2の構成を変更したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
Third Embodiment
A third embodiment will be described. In this embodiment, the configuration of the outer circumferential region 2 is changed from that of the first embodiment. As the rest is the same as the first embodiment, a description thereof will be omitted here.

本実施形態のSiC半導体装置では、図7に示されるように、外周領域2の繋ぎ部2bにおいて、セル領域1と反対側にn型のソース領域22が形成されている。言い換えると、外周領域2は、セル領域1側から、コンタクト領域23、ソース領域22の順に配置された部分を有する構成とされている。さらに言い換えると、外周領域2の繋ぎ部2bの表層部は、コンタクト領域23のみで形成されていない構成とされている。 7, in the SiC semiconductor device of this embodiment, an n + type source region 22 is formed on the side of the connecting portion 2b of the peripheral region 2 opposite to the cell region 1. In other words, the peripheral region 2 has a configuration having a portion in which the contact region 23 and the source region 22 are arranged in this order from the cell region 1 side. In further other words, the surface layer portion of the connecting portion 2b of the peripheral region 2 is not formed only by the contact region 23.

なお、繋ぎ部2bに形成されるソース領域22は、ガードリング部2aの耐圧を維持できるように、繋ぎ部2bに形成される上部電極28が少なくともコンタクト領域23と接続されるように形成される。言い換えると、繋ぎ部2bに形成される繋ぎ部用コンタクトホール25dは、少なくとも繋ぎ部2bに形成されるコンタクト領域23を露出させるように形成される。本実施形態では、繋ぎ部用コンタクトホール25dは、繋ぎ部2bに形成されるコンタクト領域23のみを露出させるように形成されている。 The source region 22 formed in the connecting portion 2b is formed so that the upper electrode 28 formed in the connecting portion 2b is connected to at least the contact region 23 so that the breakdown voltage of the guard ring portion 2a can be maintained. In other words, the connecting portion contact hole 25d formed in the connecting portion 2b is formed so as to expose at least the contact region 23 formed in the connecting portion 2b. In this embodiment, the connecting portion contact hole 25d is formed so as to expose only the contact region 23 formed in the connecting portion 2b.

ここで、上記第1実施形態のSiC半導体装置では、ソース領域22およびコンタクト領域23がイオン注入層で形成され、コンタクト領域23の方がソース領域22よりも不純物濃度が高くされている。 In the SiC semiconductor device of the first embodiment, the source region 22 and the contact region 23 are formed from ion-implanted layers, and the contact region 23 has a higher impurity concentration than the source region 22.

そして、このようなSiC半導体装置を製造する場合には、半導体基板10の一面10a側からn型不純物をイオン注入した後、p型不純物をイオン注入することにより、ソース領域22およびコンタクト領域23が形成される。つまり、コンタクト領域23は、不純物濃度が低いソース領域22に不純物濃度が高い領域を形成することで構成される。この場合、本発明者らの検討によれば、コンタクト領域23を繋ぎ部2bの全面に形成しようとすると、半導体基板10の反りが大きくなることが確認された。したがって、本実施形態では、外周領域2の繋ぎ部2bにソース領域22が形成されるようにしている。言い換えると、外周領域2の繋ぎ部2bにおいて、コンタクト領域23に打ち返されないソース領域22が残るようにしている。 When manufacturing such a SiC semiconductor device, n-type impurities are ion-implanted from the one surface 10a side of the semiconductor substrate 10, and then p-type impurities are ion-implanted to form the source region 22 and the contact region 23. That is, the contact region 23 is formed by forming a region with a high impurity concentration in the source region 22 with a low impurity concentration. In this case, according to the study by the inventors, it was confirmed that the warping of the semiconductor substrate 10 would be large if the contact region 23 was formed on the entire surface of the joint portion 2b. Therefore, in this embodiment, the source region 22 is formed in the joint portion 2b of the peripheral region 2. In other words, the source region 22 that is not pushed back into the contact region 23 remains in the joint portion 2b of the peripheral region 2.

以上説明した本実施形態によれば、素子分離領域Inに低濃度層13よりも高濃度であるJFET層14が形成されていない。このため、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。 According to the present embodiment described above, the JFET layer 14, which has a higher concentration than the low concentration layer 13, is not formed in the element isolation region In. Therefore, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

(1)本実施形態では、外周領域2の繋ぎ部2bでは、セル領域1側にコンタクト領域23が形成され、セル領域1側と反対側にソース領域22が形成されている。このため、SiC半導体装置(すなわち、半導体基板10)が反ることを抑制できる。 (1) In this embodiment, in the connecting portion 2b of the peripheral region 2, the contact region 23 is formed on the cell region 1 side, and the source region 22 is formed on the opposite side to the cell region 1 side. This makes it possible to suppress warping of the SiC semiconductor device (i.e., the semiconductor substrate 10).

(第4実施形態)
第4実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、セル領域1の構成を変更したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
Fourth Embodiment
A fourth embodiment will be described. In this embodiment, the configuration of the cell region 1 is changed from that of the first embodiment. As the rest is the same as in the first embodiment, the description will be omitted here.

本実施形態のSiC半導体装置では、図8に示されるように、セル領域1においては、JFET層14および第1ディープ層15上にベース層21が形成されており、電流分散層17および第2ディープ層18が形成されていない。このため、ドリフト層19は、低濃度層13およびJFET層14で構成されている。そして、トレンチ24は、底面がJFET層14および第1ディープ層15に達するように形成されている。なお、図8では、半導体基板10の一面10a側に位置する層間絶縁膜27や上部電極28等を省略している。 In the SiC semiconductor device of this embodiment, as shown in FIG. 8, in the cell region 1, the base layer 21 is formed on the JFET layer 14 and the first deep layer 15, and the current spreading layer 17 and the second deep layer 18 are not formed. Therefore, the drift layer 19 is composed of the low concentration layer 13 and the JFET layer 14. The trench 24 is formed so that its bottom surface reaches the JFET layer 14 and the first deep layer 15. Note that in FIG. 8, the interlayer insulating film 27 and the upper electrode 28 located on the one surface 10a side of the semiconductor substrate 10 are omitted.

また、各トレンチ24の下方には、トレンチ24の底面と接するように、p型の第3ディープ層50が形成されている。具体的には、第3ディープ層50は、トレンチ24の長手方向に沿って形成されている。つまり、第3ディープ層50は、第1ディープ層15と交差するY軸方向に沿って延設されている。なお、第3ディープ層50は、Y軸方向に沿って複数に分断されて形成されていてもよい。但し、第3ディープ層50は、第1ディープ層15を介してベース層21と電気的に接続されるように形成されている。 In addition, a p-type third deep layer 50 is formed below each trench 24 so as to contact the bottom surface of the trench 24. Specifically, the third deep layer 50 is formed along the longitudinal direction of the trench 24. In other words, the third deep layer 50 extends along the Y-axis direction intersecting with the first deep layer 15. The third deep layer 50 may be formed by dividing it into multiple parts along the Y-axis direction. However, the third deep layer 50 is formed so as to be electrically connected to the base layer 21 via the first deep layer 15.

また、本実施形態の第3ディープ層50は、JFET層14および第1ディープ層15を貫通して底面が低濃度層13に達するように形成されている。 In addition, the third deep layer 50 in this embodiment is formed so that its bottom surface reaches the low concentration layer 13 by penetrating the JFET layer 14 and the first deep layer 15.

なお、このような第3ディープ層50は、トレンチ24を形成した後、イオン注入で形成される。本実施形態では、第3ディープ層50は、第1ディープ層15よりも低不純物濃度とされている。 The third deep layer 50 is formed by ion implantation after the trench 24 is formed. In this embodiment, the third deep layer 50 has a lower impurity concentration than the first deep layer 15.

外周領域2においては、繋ぎ部2bでは、JFET層14および第1ディープ層15上にベース層21が形成されており、ベース層21の表層部にコンタクト領域23が形成されている。なお、ベース層21およびコンタクト領域23は、セル領域1から延設されて形成されている。 In the peripheral region 2, in the connecting portion 2b, a base layer 21 is formed on the JFET layer 14 and the first deep layer 15, and a contact region 23 is formed on the surface layer of the base layer 21. The base layer 21 and the contact region 23 are formed by extending from the cell region 1.

また、本実施形態では、外周領域2のガードリング部2aに凹部10cが形成されていない。そして、外周領域2のガードリング部2aでは、半導体基板10の一面10aが低濃度層13にて構成されている。 In addition, in this embodiment, no recess 10c is formed in the guard ring portion 2a of the peripheral region 2. In the guard ring portion 2a of the peripheral region 2, one surface 10a of the semiconductor substrate 10 is composed of a low concentration layer 13.

同様に、素子分離領域Inでは、図9に示されるように、第1ディープ層15上にベース層21が形成され、ベース層21の表層部にコンタクト領域23が形成されている。なお、上記第1実施形態と同様に、間隔B3は、間隔B1、B2以上とされている。また、上記第1実施形態と同様に、素子分離領域Inには、JFET層14は形成されていない。 Similarly, in the element isolation region In, as shown in FIG. 9, a base layer 21 is formed on the first deep layer 15, and a contact region 23 is formed in the surface layer of the base layer 21. As in the first embodiment, the interval B3 is greater than or equal to the intervals B1 and B2. As in the first embodiment, the JFET layer 14 is not formed in the element isolation region In.

そして、本実施形態の分離構造は、上記第2実施形態と同様に、分離層41で構成されている。なお、分離構造は、上記第1実施形態と同様に、分離トレンチ40で構成されていてもよい。 The isolation structure of this embodiment is composed of an isolation layer 41, as in the second embodiment. The isolation structure may also be composed of an isolation trench 40, as in the first embodiment.

このようなSiC半導体装置では、オフ状態である際、第3ディープ層50がトレンチ24の底面に沿って形成されているため、トレンチ24の底面の周辺が良好に空乏化され易くなる。このため、トレンチ24の底面近傍における電界集中をさらに緩和することができる。 In such a SiC semiconductor device, when the device is in the off state, the third deep layer 50 is formed along the bottom surface of the trench 24, which makes it easier to effectively deplete the periphery of the bottom surface of the trench 24. This further reduces the electric field concentration near the bottom surface of the trench 24.

また、本実施形態では、第3ディープ層50がトレンチ24の底面と接するように形成されている。つまり、トレンチ24の底面に配置されるゲート絶縁膜25と接するように形成されている。このため、オフ時には第3ディープ層50が優先的に空乏化される為、トレンチ24の底部に位置するゲート絶縁膜25には、電界の侵入がなく、酸化膜破壊が抑制される。またゲート電極26と下部電極31との間の静電容量(すなわち、帰還容量)を小さくでき、スイッチング速度の向上を図ることができる。 In addition, in this embodiment, the third deep layer 50 is formed so as to contact the bottom surface of the trench 24. In other words, it is formed so as to contact the gate insulating film 25 arranged on the bottom surface of the trench 24. Therefore, since the third deep layer 50 is preferentially depleted when the device is off, no electric field penetrates into the gate insulating film 25 located at the bottom of the trench 24, and oxide film breakdown is suppressed. In addition, the electrostatic capacitance (i.e., feedback capacitance) between the gate electrode 26 and the lower electrode 31 can be reduced, and the switching speed can be improved.

さらに、本実施形態では、第3ディープ層50がJFET層14および第1ディープ層15を貫通して底面が低濃度層13に達するように形成されている。これにより、第3ディープ層50間に配置されるJFET層14への電界の這い上がりが抑制され、耐圧の向上を図ることができる。さらに、このような第3ディープ層50が形成されていることにより、過電圧が印加された際に下方に突出する第3ディープ層50でブレークダウンが発生し易くなる。したがって、セル領域1でブレークダウンを発生させ易くなり、アバランシェ耐量の向上を図ることができる。 Furthermore, in this embodiment, the third deep layer 50 is formed so that it penetrates the JFET layer 14 and the first deep layer 15 and its bottom surface reaches the low concentration layer 13. This suppresses the electric field from creeping up to the JFET layer 14 arranged between the third deep layers 50, improving the breakdown voltage. Furthermore, by forming such a third deep layer 50, breakdown is more likely to occur in the third deep layer 50 that protrudes downward when an overvoltage is applied. Therefore, breakdown is more likely to occur in the cell region 1, improving the avalanche resistance.

以上説明した本実施形態のように、電流分散層17および第2ディープ層18を備えない構成としても、素子分離領域Inに低濃度層13よりも高濃度であるJFET層14が形成されていないため、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。 As described above, even if the current spreading layer 17 and the second deep layer 18 are not provided in the present embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained because the JFET layer 14, which has a higher concentration than the low concentration layer 13, is not formed in the element isolation region In.

(1)本実施形態では、第3ディープ層50がトレンチ24の底面に沿って形成されているため、トレンチ24の底部に位置するゲート絶縁膜25には、電界の侵入がなく、酸化膜破壊が抑制される。 (1) In this embodiment, the third deep layer 50 is formed along the bottom surface of the trench 24, so that the electric field does not penetrate into the gate insulating film 25 located at the bottom of the trench 24, and oxide film breakdown is suppressed.

(2)本実施形態では、第3ディープ層50がトレンチ24の底面と接するように形成されているため、ゲート電極26と下部電極31との間の静電容量(すなわち、帰還容量)を小さくでき、スイッチング速度の向上を図ることができる。 (2) In this embodiment, the third deep layer 50 is formed so as to contact the bottom surface of the trench 24, so that the electrostatic capacitance (i.e., feedback capacitance) between the gate electrode 26 and the lower electrode 31 can be reduced, and the switching speed can be improved.

(3)本実施形態では、第3ディープ層50がJFET層14および第1ディープ層15を貫通して底面が低濃度層13に達するように形成されている。これにより、第3ディープ層50間に配置されるJFET層14への電界の這い上がりが抑制され、耐圧の向上を図ることができる。さらに、このような第3ディープ層50が形成されていることにより、過電圧が印加された際に下方に突出する第3ディープ層50でブレークダウンが発生し易くなる。したがって、セル領域1でブレークダウンを発生させ易くなり、アバランシェ耐量の向上を図ることができる。 (3) In this embodiment, the third deep layer 50 is formed so that it penetrates the JFET layer 14 and the first deep layer 15 and its bottom surface reaches the low concentration layer 13. This suppresses the electric field from creeping up to the JFET layer 14 arranged between the third deep layers 50, improving the breakdown voltage. Furthermore, by forming such a third deep layer 50, breakdown is more likely to occur in the third deep layer 50 that protrudes downward when an overvoltage is applied. Therefore, breakdown is more likely to occur in the cell region 1, improving the avalanche resistance.

(第4実施形態の変形例)
上記第4実施形態の変形例について説明する。上記第4実施形態では、図10に示されるように、素子分離領域Inにおいて、ベース層21の表層部にソース領域22が形成されるようにしてもよい。なお、特に図示しないが、上記第1~第3実施形態においても、素子分離領域Inにおいて、ベース層21の表層部にソース領域22が形成されるようにしてもよい。
(Modification of the fourth embodiment)
A modified example of the fourth embodiment will be described. In the fourth embodiment, as shown in Fig. 10, the source region 22 may be formed in the surface layer of the base layer 21 in the element isolation region In. Although not particularly shown, the source region 22 may also be formed in the surface layer of the base layer 21 in the element isolation region In in the first to third embodiments.

また、上記第4実施形態において、第3ディープ層50は、JFET層14および第1ディープ層15内に底面が位置するように形成されていてもよい。つまり、第3ディープ層50は、低濃度層13に達しないように形成されていてもよい。これによれば、第3ディープ層50から空乏層が伸び難くなるため、オン抵抗の低減を図ることができる。 In addition, in the fourth embodiment, the third deep layer 50 may be formed so that its bottom surface is located within the JFET layer 14 and the first deep layer 15. In other words, the third deep layer 50 may be formed so as not to reach the low concentration layer 13. This makes it difficult for the depletion layer to extend from the third deep layer 50, thereby reducing the on-resistance.

(他の実施形態)
本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
Other Embodiments
Although the present disclosure has been described based on the embodiment, it is understood that the present disclosure is not limited to the embodiment or structure. The present disclosure also encompasses various modifications and modifications within the equivalent range. In addition, various combinations and forms, as well as other combinations and forms including only one element, more than one element, or less than one element, are also within the scope and concept of the present disclosure.

例えば、上記各実施形態では、第1導電型をn型、第2導電型をp型としたnチャネルタイプのトレンチゲート構造のMOSFETを例に挙げて説明した。しかしながら、SiC半導体装置は、セル領域1に、例えば、nチャネルタイプに対して各構成要素の導電型を反転させたpチャネルタイプのトレンチゲート構造のMOSFETが形成されて構成されていてもよい。さらに、半導体装置は、MOSFET以外に、同様の構造のIGBTが形成された構成とされていてもよい。IGBTの場合、上記各実施形態におけるn型の基板11をp型のコレクタ層に変更する以外は、上記各実施形態で説明した縦型MOSFETと同様である。 For example, in each of the above embodiments, an n-channel type trench gate structure MOSFET in which the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type has been described as an example. However, the SiC semiconductor device may be configured by forming, for example, a p-channel type trench gate structure MOSFET in which the conductivity type of each component is inverted with respect to the n-channel type in the cell region 1. Furthermore, the semiconductor device may be configured to have an IGBT having a similar structure formed therein in addition to the MOSFET. In the case of the IGBT, it is the same as the vertical MOSFET described in each of the above embodiments, except that the n + type substrate 11 in each of the above embodiments is changed to a p + type collector layer.

また、上記各実施形態において、ソース領域22は、基板11側から、低濃度ソース領域、低濃度ソース領域よりも高濃度とされた高濃度ソース領域を含む複数の領域が順に配置されて構成されていてもよい。なお、このような構成では、高濃度ソース領域が高濃度層に相当し、低濃度ソース領域が低濃度層に相当する。 In addition, in each of the above embodiments, the source region 22 may be configured by arranging multiple regions, including a low concentration source region and a high concentration source region having a higher concentration than the low concentration source region, in that order from the substrate 11 side. In this configuration, the high concentration source region corresponds to the high concentration layer, and the low concentration source region corresponds to the low concentration layer.

そして、上記各実施形態において、ソース領域22は、イオン注入ではなく、エピタキシャル層で構成されていてもよい。ソース領域22をエピタキシャル層で構成した場合には、イオン注入に伴う歪応力が発生しないため、歪応力に伴うドレイン-ソース間にリーク電流が発生することを抑制できる。なお、ソース領域22を複数領域で構成する場合、ソース領域22をイオン注入で構成した場合には、エピタキシャル層で構成する場合に必要な複数段階の濃度制御を不要とできる。 In each of the above embodiments, the source region 22 may be formed of an epitaxial layer rather than ion implantation. When the source region 22 is formed of an epitaxial layer, no strain stress is generated due to ion implantation, and therefore leakage current between the drain and source due to strain stress can be suppressed. When the source region 22 is formed of multiple regions, the multiple-stage concentration control required when the source region 22 is formed of an epitaxial layer can be eliminated when the source region 22 is formed by ion implantation.

さらに、上記第1、第3実施形態において、分離トレンチ40の深さは、トレンチ24と異なっていてもよい。また、分離トレンチ40は、トレンチ24を形成する工程と別の工程で形成されていてもよい。さらに、分離トレンチ40は、幅40aが7.4μm未満とされていてもよい。同様に、素子分離領域Inは、幅Indが7.0μm未満とされていてもよい。 Furthermore, in the first and third embodiments, the depth of the isolation trench 40 may be different from that of the trench 24. Also, the isolation trench 40 may be formed in a process separate from the process of forming the trench 24. Furthermore, the isolation trench 40 may have a width 40a of less than 7.4 μm. Similarly, the element isolation region In may have a width Ind of less than 7.0 μm.

そして、上記第1~第3実施形態において、外周領域2に凹部10cが形成されていてなくてもよいし、上記第4実施形態において、外周領域2に凹部10cが形成されていてもよい。 In the first to third embodiments, the recess 10c may not be formed in the outer peripheral region 2, and in the fourth embodiment, the recess 10c may be formed in the outer peripheral region 2.

また、上記第3実施形態では、繋ぎ部2bの繋ぎ部用コンタクトホール25dがコンタクト領域23のみを露出させるように形成される例について説明した。しかしながら、繋ぎ部用コンタクトホール25dは、少なくともコンタクト領域23を露出させるように形成されていればよく、図11に示されるように、コンタクト領域23およびソース領域22を露出させるように形成されていてもよい。 In the third embodiment, an example was described in which the connecting portion contact hole 25d of the connecting portion 2b is formed to expose only the contact region 23. However, it is sufficient that the connecting portion contact hole 25d is formed to expose at least the contact region 23, and as shown in FIG. 11, it may be formed to expose the contact region 23 and the source region 22.

そして、上記各実施形態を組み合わせることもできる。例えば、上記第2実施形態を上記第3実施形態に組み合わせ、分離構造を分離層41で構成するようにしてもよい。上記第3実施形態を上記第4実施形態に組み合わせ、繋ぎ部2bにソース領域22が残るようにしてもよい。さらに、上記各実施形態を組み合わせたもの同士をさらに組み合わせるようにしてもよい。 The above embodiments can also be combined. For example, the second embodiment can be combined with the third embodiment, and the isolation structure can be configured with an isolation layer 41. The third embodiment can be combined with the fourth embodiment, and the source region 22 can remain in the connecting portion 2b. Furthermore, combinations of the above embodiments can also be combined with each other.

なお、結晶の方位を示す場合、本来ならば所望の数字の上にバー(-)を付すべきであるが、電子出願に基づく表現上の制限が存在するため、本明細書においては、所望の数字の前にバーを付してある。 When indicating the crystal orientation, a bar (-) should normally be placed above the desired number, but due to limitations on expression based on electronic filing, a bar is placed before the desired number in this specification.

1 セル領域
11 基板
13 低濃度層(第1不純物領域)
14 JFET層
15 ディープ層
21 ベース層
24 トレンチ
25 ゲート絶縁膜
26 ゲート電極
28 上部電極(第1電極)
31 下部電極(第2電極)
1 Cell region 11 Substrate 13 Low concentration layer (first impurity region)
14 JFET layer 15 Deep layer 21 Base layer 24 Trench 25 Gate insulating film 26 Gate electrode 28 Upper electrode (first electrode)
31 Lower electrode (second electrode)

Claims (10)

トレンチゲート構造を有する半導体素子がメインセル領域(Rm)およびセンスセル領域(Rs)を含むセル領域(1)に形成され、前記メインセル領域と前記センスセル領域とが素子分離領域(In)によって電気的に分離された炭化珪素半導体装置であって、
炭化珪素からなる第1導電型または第2導電型の基板(11)と、
前記基板の表面上に形成され、前記基板よりも低不純物濃度とされた第1導電型の第1不純物領域(13)と、を有し、
前記メインセル領域および前記センスセル領域は、
前記第1不純物領域の表層部に形成され、前記第1不純物領域よりも高不純物濃度とされた第1導電型の炭化珪素からなるJFET層(14)と、
前記第1不純物領域の表層部に形成され、前記基板の面方向において前記JFET層と交互に配置された第2導電型の炭化珪素からなるディープ層(15)と、
前記JFET層および前記ディープ層上に形成された第2導電型の炭化珪素からなるベース層(21)と、
前記ベース層よりも深く一方向を長手方向として形成されたトレンチ(24)の内壁面に形成されたゲート絶縁膜(25)と、前記トレンチ内において、前記ゲート絶縁膜の上に形成されたゲート電極(26)と、を有するトレンチゲート構造と、
前記ベース層の表層部において前記トレンチゲート構造と接して形成され、前記第1不純物領域よりも高不純物濃度とされた第1導電型の炭化珪素からなる第2不純物領域(22)と、
前記メインセル領域および前記センスセル領域のそれぞれに分離して備えられ、前記メインセル領域の前記第2不純物領域および前記ベース層に電気的に接続されると共に、前記センスセル領域の前記第2不純物領域および前記ベース層に電気的に接続される第1電極(28)と、
前記基板の裏面側に配置され、前記基板と電気的に接続される第2電極(31)と、を有し、
前記素子分離領域は、
前記第1不純物領域の表層部に形成された前記ディープ層と、
前記ディープ層上に形成された前記ベース層と、
前記メインセル領域側に位置する前記ベース層と前記センスセル領域側に位置する前記ベース層とを電気的に分離する分離構造(40、41)と、を有し、
前記素子分離領域における前記ディープ層は、前記メインセル領域側に位置する部分と前記センスセル領域側に位置する部分とが所定間隔(B3)だけ離れて配置され、
前記所定間隔は、前記セル領域における前記ディープ層の間隔(B1、B2)より広くされ、
前記JFET層は、前記セル領域のうちの前記素子分離領域と異なる領域に形成されている炭化珪素半導体装置。
A silicon carbide semiconductor device in which a semiconductor element having a trench gate structure is formed in a cell region (1) including a main cell region (Rm) and a sense cell region (Rs), and the main cell region and the sense cell region are electrically isolated by an element isolation region (In),
A substrate (11) of a first conductivity type or a second conductivity type made of silicon carbide;
A first impurity region (13) of a first conductivity type formed on a surface of the substrate and having a lower impurity concentration than the substrate;
The main cell region and the sense cell region are
a JFET layer (14) made of silicon carbide of a first conductivity type formed in a surface layer portion of the first impurity region and having a higher impurity concentration than the first impurity region;
a deep layer (15) made of second conductivity type silicon carbide formed in a surface layer portion of the first impurity region and arranged alternately with the JFET layer in a surface direction of the substrate;
a base layer (21) made of second conductivity type silicon carbide formed on the JFET layer and the deep layer;
a trench gate structure including a gate insulating film (25) formed on an inner wall surface of a trench (24) formed deeper than the base layer and with one direction as a longitudinal direction, and a gate electrode (26) formed on the gate insulating film in the trench;
a second impurity region (22) formed in a surface layer portion of the base layer in contact with the trench gate structure and made of silicon carbide of the first conductivity type having a higher impurity concentration than the first impurity region;
a first electrode (28) provided separately in each of the main cell region and the sense cell region, electrically connected to the second impurity region and the base layer in the main cell region, and electrically connected to the second impurity region and the base layer in the sense cell region;
A second electrode (31) is disposed on the rear side of the substrate and is electrically connected to the substrate,
The element isolation region is
the deep layer formed in a surface layer portion of the first impurity region;
the base layer formed on the deep layer;
an isolation structure (40, 41) that electrically isolates the base layer located on the main cell region side from the base layer located on the sense cell region side;
The deep layer in the element isolation region is arranged such that a portion located on the main cell region side and a portion located on the sense cell region side are spaced apart from each other by a predetermined distance (B3),
The predetermined interval is wider than the interval (B1, B2) of the deep layer in the cell region,
The JFET layer is formed in a region of the cell region different from the element isolation region.
前記センスセル領域における前記ディープ層の間隔(B2)は、前記メインセル領域における前記ディープ層の間隔(B1)よりも狭くされている請求項1に記載の炭化珪素半導体装置。 The silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein the spacing (B2) of the deep layers in the sense cell region is narrower than the spacing (B1) of the deep layers in the main cell region. 前記分離構造は、前記メインセル領域側に位置する前記ベース層と前記センスセル領域側に位置する前記ベース層との間に形成された分離トレンチ(40)である請求項1に記載の炭化珪素半導体装置。 The silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein the isolation structure is an isolation trench (40) formed between the base layer located on the main cell region side and the base layer located on the sense cell region side. 前記分離トレンチは、幅(40a)が7.4μm以上とされている請求項3に記載の炭化珪素半導体装置。 The silicon carbide semiconductor device according to claim 3, wherein the isolation trench has a width (40a) of 7.4 μm or more. 前記分離構造は、前記メインセル領域側に位置する前記ベース層と前記センスセル領域側に位置する前記ベース層との間に配置された第1導電型の分離層(41)である請求項1に記載の炭化珪素半導体装置。 The silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein the isolation structure is a first conductivity type isolation layer (41) disposed between the base layer located on the main cell region side and the base layer located on the sense cell region side. 前記素子分離領域は、幅(Ind)が7.0μm以上とされている請求項1ないし4のいずれか1つに記載の炭化珪素半導体装置。 A silicon carbide semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, wherein the element isolation region has a width (Ind) of 7.0 μm or more. 前記セル領域を囲む外周領域(2)を有し、
前記外周領域は、前記セル領域側から、前記第2不純物領域よりも高不純物濃度とされた第2導電型のコンタクト領域(23)と、前記第2不純物領域とが順に配置された部分を有し、表面に絶縁膜(25、27)が配置され、
前記絶縁膜は、少なくとも前記外周領域の前記コンタクト領域を露出させるコンタクトホール(25d)が形成されている請求項1に記載の炭化珪素半導体装置。
A peripheral region (2) surrounding the cell region,
the outer periphery region has a portion in which, from the cell region side, a contact region (23) of a second conductivity type having a higher impurity concentration than the second impurity region and the second impurity region are arranged in this order, and an insulating film (25, 27) is arranged on a surface of the outer periphery region;
The silicon carbide semiconductor device according to claim 1 , wherein said insulating film has a contact hole (25 d) formed therein for exposing at least said contact region in said outer periphery region.
前記第2不純物領域は、前記基板側から、低濃度層、および前記低濃度層より高不純物濃度とされた高濃度層を含む複数層が積層されて構成されている請求項1に記載の炭化珪素半導体装置。 The silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein the second impurity region is formed by stacking multiple layers including, from the substrate side, a low concentration layer and a high concentration layer having a higher impurity concentration than the low concentration layer. 前記第2不純物領域は、イオン注入層で構成されている請求項1に記載の炭化珪素半導体装置。 The silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein the second impurity region is composed of an ion-implanted layer. 前記第2不純物領域は、エピタキシャル層で構成されている請求項1に記載の炭化珪素半導体装置。 The silicon carbide semiconductor device according to claim 1, wherein the second impurity region is formed of an epitaxial layer.
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