JP6325743B2 - Semiconductor device, method of manufacturing the same, and power conversion device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置およびその製造方法、並びに電力変換装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device, a manufacturing method thereof, and a power conversion device.
本技術分野の背景技術として、米国特許第5904510号明細書(特許文献1)、特開平11−261061号公報(特許文献2)、特許第3879129号公報(特許文献3)および特許第4122230号公報(特許文献4)がある。 As background art of this technical field, US Pat. No. 5,904,510 (Patent Document 1), JP-A-11-261061 (Patent Document 2), Japanese Patent No. 3879129 (Patent Document 3) and Japanese Patent No. 4122230 are disclosed. (Patent Document 4).
米国特許第5904510号明細書(特許文献1)には、離間したベース領域の間の活性領域に、ベース領域の深さよりも深く、不純物濃度が約3.5×1012原子/cm2に増大させた領域を有するIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)が記載されている。In US Pat. No. 5,904,510 (Patent Document 1), the active region between spaced base regions is deeper than the depth of the base region and the impurity concentration is increased to about 3.5 × 10 12 atoms / cm 2 . There is described an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) having a region that has been allowed to pass.
特開平11−261061号公報(特許文献2)には、予め形成したp−型炭化珪素ベース領域の表層部からp型不純物を外部拡散させた後、p−型炭化珪素ベース領域にイオン注入により表面チャネル層を形成することにより、キャリア移動度の向上を図る炭化珪素半導体装置が記載されている。In Japanese Patent Laid-Open No. 11-261061 (Patent Document 2), p-type impurities are externally diffused from a surface layer portion of a p − -type silicon carbide base region formed in advance, and then ion-implanted into the p − -type silicon carbide base region. A silicon carbide semiconductor device that improves carrier mobility by forming a surface channel layer is described.
特許第3879129号公報(特許文献3)には、エピタキシャル層の表面の所定領域をケミカルドライエッチングすることにより生じた面を含む領域を選択酸化して、選択酸化膜を形成した後、p型とn型の不純物を二重拡散して、チャネルの長さを規定すると同時にベース層とソース層を形成する半導体装置の製造方法が記載されている。 In Japanese Patent No. 3879129 (Patent Document 3), after selectively oxidizing a region including a surface generated by chemical dry etching of a predetermined region of the surface of the epitaxial layer to form a selective oxide film, p-type A method for manufacturing a semiconductor device is described in which a base layer and a source layer are simultaneously formed by double diffusing n-type impurities to define the channel length.
特許第4122230号公報(特許文献4)には、不均一なドーピングプロファイルを有するように、第1の伝導性タイプを有する基板の表面に1種類以上のドーパントを注入した後、第1の伝導性タイプを有するエピタキシャル層を形成し、このエピタキシャル層内に、第2の伝導性タイプを有する1つ以上のボディ領域を形成する二重拡散型電界効果トランジスタが記載されている。 In Japanese Patent No. 4122230 (Patent Document 4), after injecting one or more dopants into the surface of a substrate having the first conductivity type so as to have a non-uniform doping profile, the first conductivity is disclosed. A double diffusion field effect transistor is described in which an epitaxial layer having a type is formed and in which one or more body regions having a second conductivity type are formed.
パワー半導体デバイスの一つであるパワー金属・絶縁膜・半導体電界効果トランジスタ(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor:MISFET)においては、炭化珪素(SiC)基板(以下、SiC基板と記す)を用いたプレーナ型のパワーMISFET(以下、SiCパワーMISFETと記す)が用いられている。SiCパワーMISFETは、高耐圧化および低損失化が可能であることから、省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、特に注目が集まっている、 The power metal, insulating film, and semiconductor field effect transistor (MISFET), which is one of the power semiconductor devices, is a planar type using a silicon carbide (SiC) substrate (hereinafter referred to as a SiC substrate). Power MISFET (hereinafter referred to as SiC power MISFET) is used. SiC power MISFETs are particularly attracting attention in the field of power-saving or environmentally friendly inverter technology because they can achieve high breakdown voltage and low loss.
ところで、SiCパワーMISFETでは、更なるオン抵抗の低減が望まれている。しかし、オン抵抗を低減するためには、互いに隣り合うボディ領域に挟まれたJFET領域の不純物濃度を高くすることが望ましいが、これにより、SiCパワーMISFETの耐圧の低下を招くおそれがある。 By the way, in SiC power MISFET, further reduction of on-resistance is desired. However, in order to reduce the on-resistance, it is desirable to increase the impurity concentration of the JFET region sandwiched between the adjacent body regions, but this may cause a decrease in the breakdown voltage of the SiC power MISFET.
上記課題を解決するために、本発明は、SiCパワーMISFETにおいて、p型ボディ領域を、第1深さを有する第1領域と、平面視において第1領域の外側に、第1領域に接して形成された第1深さよりも浅い第2深さを有する第2領域とによって構成する。そして、JFET領域を、互いに隣り合うp型ボディ領域の間に第2深さよりも深く形成して、p型ボディ領域の第2領域をJFET領域によって囲む。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a SiC power MISFET in which a p-type body region is in contact with a first region having a first depth and outside the first region in plan view. And a second region having a second depth shallower than the formed first depth. The JFET region is formed deeper than the second depth between adjacent p-type body regions, and the second region of the p-type body region is surrounded by the JFET region.
本発明によれば、オン抵抗が低く、かつ、高耐圧のSiCパワーMISFETを提供することができる。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。According to the present invention, it is possible to provide a SiC power MISFET having a low on-resistance and a high breakdown voltage.
Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.
以下の実施の形態において、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。 In the following embodiments, when necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other, and one is the other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like.
また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。 Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.
また、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。 Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and clearly considered essential in principle. Needless to say.
また、「Aからなる」、「Aよりなる」、「Aを有する」、「Aを含む」と言うときは、特にその要素のみである旨明示した場合等を除き、それ以外の要素を排除するものでないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。 In addition, when referring to “consisting of A”, “consisting of A”, “having A”, and “including A”, other elements are excluded unless specifically indicated that only that element is included. It goes without saying that it is not what you do. Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships, etc. of the components, etc., the shapes are substantially the same unless otherwise specified, or otherwise apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges.
また、以下の実施の形態で用いる図面においては、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。また、以下の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。以下、本実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Further, in the drawings used in the following embodiments, hatching may be added to make the drawings easy to see even if they are plan views. In all the drawings for explaining the following embodiments, components having the same function are denoted by the same reference numerals in principle, and repeated description thereof is omitted. Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with reference to the drawings.
まず、本発明に先立って本発明者らによって検討されたSiCパワーMISFETについて説明する。 First, the SiC power MISFET studied by the present inventors prior to the present invention will be described.
図19および図20に、本発明者らによって検討されたSiCパワーMISFETの一例を示す。図19は、本発明者らによって検討されたSiCパワーMISFETの第1例を示す要部断面図である。図20は、本発明者らによって検討されたSiCパワーMISFETの第2例を示す要部断面図である。 19 and 20 show an example of the SiC power MISFET studied by the present inventors. FIG. 19 is a cross-sectional view of a main part showing a first example of a SiC power MISFET studied by the present inventors. FIG. 20 is a cross-sectional view of a principal part showing a second example of the SiC power MISFET studied by the present inventors.
図19に示すように、SiCパワーMISFETでは、オン抵抗を低くするために、互いに隣り合うp型ボディ領域4に挟まれたJFET領域7の不純物濃度を、n−型エピタキシャル層2からなるドリフト層50の不純物濃度よりも高くしている。従って、p型ボディ領域4からドリフト層50へ広がる空乏層の伸びは、p型ボディ領域4からJFET領域7へ広がる空乏層の伸びよりも大きくなる。As shown in FIG. 19, in the SiC power MISFET, in order to reduce the on-resistance, the impurity concentration of the
このため、JFET領域7のn−型エピタキシャル層2の表面からの深さが、p型ボディ領域4のn−型エピタキシャル層2の表面からの深さと同じか、またはそれよりも浅い場合は、JFET領域7およびドリフト層50に、JFET領域7からドリフト層50に向けて流れる電流の経路が形成される。しかし、JFET領域7の不純物濃度が高いことから、互いに隣り合うp型ボディ領域4から伸びる空乏層に挟まれたJFET領域7の抵抗は低いが、ドリフト層50の不純物濃度が低いことから、互いに隣り合うp型ボディ領域4から伸びた空乏層により挟まれたドリフト層50の抵抗は高くなる。Therefore, when the depth from the surface of the n − type
また、図20に示すように、JFET領域7のn−型エピタキシャル層2の表面からの深さが、p型ボディ領域4のn−型エピタキシャル層2の表面からの深さよりも深い場合は、p型ボディ領域4の角部(図20中、Cで示す角部)で電界が集中するため、SiCパワーMISFETの耐圧が低下する。
そこで、本発明は、オン抵抗が低く、かつ、高耐圧のSiCパワーMISFETを提供する。Further, as shown in FIG. 20, n of the
Accordingly, the present invention provides a SiC power MISFET having a low on-resistance and a high breakdown voltage.
≪SiCパワーMISFETの構造≫ ≪SiC power MISFET structure≫
本実施例1によるSiCパワーMISFETの構造について図1および図2を用いて説明する。図1は、本実施例1による複数のSiCパワーMISFETセルが配列された素子形成領域の一部を示す要部平面図である。図2は、本実施例1によるSiCパワーMISFETを示す要部断面図(図1のI−I線に沿った断面図)である。SiCパワーMISFETは、プレーナ型のDMOS(Double diffused Metal oxide Semiconductor)構造のMISFETである。 The structure of the SiC power MISFET according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a main part plan view showing a part of an element formation region in which a plurality of SiC power MISFET cells according to the first embodiment are arranged. FIG. 2 is a sectional view (a sectional view taken along the line I-I in FIG. 1) showing the SiC power MISFET according to the first embodiment. The SiC power MISFET is a planar type MISFET having a double diffused metal oxide semiconductor (DMOS) structure.
図1および図2に示すように、SiCからなるn+型SiC基板1の表面(第1主面)上に、n+型SiC基板1よりも不純物濃度の低いSiCからなるn−型エピタキシャル層2が形成されており、n+型SiC基板1とn−型エピタキシャル層2とからSiCエピタキシャル基板3が構成されている。n−型エピタキシャル層2の厚さは、例えば5.0〜100.0μm程度である。As shown in FIGS. 1 and 2, an n − type epitaxial layer made of SiC having an impurity concentration lower than that of the n +
n−型エピタキシャル層2内には、n−型エピタキシャル層2の表面から所定の深さを有して、複数のp型ボディ領域(ウェル領域)4が互いに離間して形成されている。p型ボディ領域4は、n−型ピタキシャル層2の表面から第1深さを有する第1領域4aと、平面視において第1領域4aの周囲に、第1領域4aと接して形成され、n−型ピタキシャル層2の表面から第1深さよりも浅い第2深さを有する第2領域4bとから構成される。すなわち、平面視におけるp型ボディ領域4の端部が、p型ボディ領域4の中央部よりも浅くなるように、p型ボディ領域4は形成されている。p型ボディ領域4の第1領域4aのn−型エピタキシャル層2の表面からの第1深さは、例えば0.5〜2.0μm程度である。In the n − -
p型ボディ領域4内には、n−型エピタキシャル層2の表面から所定の深さを有して、n+型ソース領域5(図1では、網掛けのハッチングで示す領域)が形成されている。n+型ソース領域5は、p型ボディ領域4の端部側面と離間してp型ボディ領域4内に形成されており、n+型ソース領域5のn−型エピタキシャル層2の表面からの深さは、例えば0.1〜0.5μm程度である。An n + type source region 5 (a region indicated by hatching in FIG. 1) having a predetermined depth from the surface of the n −
また、p型ボディ領域4の電位を固定するp+型電位固定領域6が形成されている。p+型電位固定領域6のn−型エピタキシャル層2の表面からの深さは、例えば0.1〜0.5μm程度である。Further, a p + type
互いに隣り合うp型ボディ領域4に挟まれた領域は、JFET(Junction Field Effect Transistor)領域(ドーピング領域)7として機能する部位である。また、p型ボディ領域4の端部側面(JFET領域7とp型ボディ領域4との界面)とn+型ソース領域5の端部側面(p型ボディ領域4とn+型ソース領域5との界面)との間に位置するp型ボディ領域4がチャネル領域8として機能する部位である。A region sandwiched between adjacent p-
JFET領域7は、互いに隣り合うp型ボディ領域4の第2領域4bの間、およびp型ボディ領域4の第2領域4bの下に、p型ボディ領域4の第1領域4aの第1深さと同じか、それよりも深く形成されている。すなわち、JFET領域7は、p型ボディ領域4の第2領域4bの側面および底面を囲むように形成されており、互いに隣り合うp型ボディ領域4の方向に沿った断面で見た場合、凸形状を有している。
n−型エピタキシャル層2のうち、p型ボディ領域4およびJFET領域7が形成されていない領域が、耐圧を確保する役目を担うドリフト層として機能する領域である。また、n+型SiC基板1が、ドレイン層として機能する領域である。Of the n −
なお、「−」および「+」は、導電型がn型またはp型の相対的な不純物濃度を表記した符号であり、例えば「n−」、「n」、「n+」の順にn型不純物の不純物濃度は高くなり、「p−」、「p」、「p+」の順にp型不純物の不純物濃度は高くなる。Note that “ − ” and “ + ” are signs representing relative impurity concentrations of n-type or p-type conductivity, for example, n-type in the order of “n − ”, “n”, and “n + ”. The impurity concentration of the impurity increases, and the impurity concentration of the p-type impurity increases in the order of “p − ”, “p”, and “p + ”.
n+型SiC基板1の不純物濃度の好ましい範囲は、例えば1×1018〜1×1021cm−3程度、n−型エピタキシャル層2の不純物濃度の好ましい範囲は、例えば1×1014〜1×1017cm−3程度である。また、p型ボディ領域4の不純物濃度の好ましい範囲は、例えば1×1018cm−3程度、n+型ソース領域5の不純物濃度の好ましい範囲は、例えば1×1020cm−3程度、p+型電位固定領域6の不純物濃度の好ましい範囲は、例えば1×1020cm−3程度、JFET領域7の不純物濃度の好ましい範囲は、例えば3×1016cm−3程度である。A preferable range of the impurity concentration of the n + -
チャネル領域8上にはゲート絶縁膜10が形成され、ゲート絶縁膜10上にはゲート電極11が形成されている。ゲート電極11は、平面視において格子状に形成されており、ゲート電極11で囲まれるように、p型のボディ領域4が形成されている。
A
これらゲート絶縁膜10およびゲート電極11は層間絶縁膜12により覆われている。層間絶縁膜12に形成された開口部13の底面にはn+型ソース領域5の一部およびp+型電位固定領域6が露出し、これら表面に金属シリサイド層14が形成されている。The
さらに、n+型ソース領域5の一部およびp+型電位固定領域6は、金属シリサイド層14を介してソース配線用電極15と電気的に接続され、n+型SiC基板1は、金属シリサイド層16を介してドレイン配線用電極17と電気的に接続されている。図示は省略するが、同様に、ゲート電極11は、ゲート配線用電極に電気的に接続されている。ソース配線用電極15には外部からソース電位が印加され、ドレイン配線用電極17には外部からドレイン電位が印加され、ゲート配線用電極には外部からゲート電位が印加される。
次に、本実施例1によるSiCパワーMISFETの構造の特徴について説明する。Further, a part of the n +
Next, features of the structure of the SiC power MISFET according to the first embodiment will be described.
本実施例1によるSiCパワーMISFETでは、p型ボディ領域4を、第1深さを有する第1領域4aと、平面視において第1領域4aの周囲に、第1領域4aと接して形成された第1深さよりも浅い第2深さを有する第2領域4bとによって構成する。そして、JFET領域7を、互いに隣り合うp型ボディ領域4の第2領域4bの間、およびp型ボディ領域4の第2領域4bの下に、p型ボディ領域4の第1領域4aの第1深さと同じか、それよりも深く形成する。
In the SiC power MISFET according to the first embodiment, the p-
これにより、JFET領域7によって、p型ボディ領域4の第2領域4bの有する角部Aと、p型ボディ領域4の第1領域4aと第2領域4bとの境界部分に形成される角部Bとを囲むことができるので、p型ボディ領域4とJFET領域7とのpn接合部にかかる電界を、角部Aおよび角部Bに分散することができる。
Thereby, the corner portion formed by the
例えば図20に示したSiCパワーMISFETでは、p型ボディ領域4とJFET領域7とのpn接合部にかかる電界が角部Cに集中して、耐圧が著しく低下する。しかし、本実施例1によるSiCパワーMISFETでは、低いオン抵抗を得るためにJFET領域7を形成しても、p型ボディ領域4とJFET領域7とのpn接合部にかかる電界が角部Aおよび角部Bに分散するので、耐圧の低下を回避することができる。
For example, in the SiC power MISFET shown in FIG. 20, the electric field applied to the pn junction between the p-
なお、素子形成領域におけるSiCパワーMISFETのレイアウトは、図1に示したものに限定されるものではない。例えば、図3および図4に示すレイアウトであってもよい。図3は、本実施例1の第1変形例による複数のSiCパワーMISFETセルが配列された素子形成領域の一部を示す要部平面図である。図4は、本実施例1の第2変形例による複数のSiCパワーMISFETセルが配列された素子形成領域の一部を示す要部平面図である。 The layout of the SiC power MISFET in the element formation region is not limited to that shown in FIG. For example, the layout shown in FIGS. 3 and 4 may be used. FIG. 3 is a main part plan view showing a part of an element formation region in which a plurality of SiC power MISFET cells according to a first modification of the first embodiment are arranged. FIG. 4 is a main part plan view showing a part of an element formation region in which a plurality of SiC power MISFET cells according to a second modification of the first embodiment are arranged.
図1に示したSiCパワーMISFETのレイアウトでは、第1方向Yに沿って第1間隔で配置された複数のp型ボディ領域4が、第1方向YとSiCエピタキシャル基板3の表面において直交する第2方向Xに沿って第2間隔で配置されており、複数のp型ボディ領域4が、格子状に配置されたゲート電極11に囲まれるように位置している。
In the layout of the SiC power MISFET shown in FIG. 1, the plurality of p-
図3に示すSiCパワーMISFETのレイアウトでは、第1方向Yに沿って第1間隔で配置された複数のp型ボディ領域4が、第1間隔の半分の位置に、交互に位置するように第2方向Xに沿って第2間隔で配置されている。複数のp型ボディ領域4は、所謂千鳥配列となるように配置されている。
In the layout of the SiC power MISFET shown in FIG. 3, the plurality of p-
図4に示すSiCパワーMISFETのレイアウトでは、複数のp型ボディ領域4が、第2方向Xに互いに離間して、第1方向Yに沿って延在して配置され、複数のゲート電極11が、互いに隣り合うp型ボディ領域4の間に、第1方向Yに沿って延在して配置されている。
≪SiCパワーMISFETの製造方法≫In the layout of the SiC power MISFET shown in FIG. 4, a plurality of p-
≪SiC power MISFET manufacturing method≫
本実施例1によるSiCパワーMISFETの製造方法について図5〜図7を用いて工程順に説明する。図5〜図7は、本実施例1によるSiCパワーMISFETの製造工程の一例を示す要部断面図である。 A manufacturing method of the SiC power MISFET according to the first embodiment will be described in the order of steps with reference to FIGS. 5 to 7 are cross-sectional views of relevant parts showing an example of manufacturing steps of the SiC power MISFET according to the first embodiment.
まず、図5に示すように、n+型4H−SiC基板1を用意する。n+型SiC基板1には、n型不純物が導入されている。n型不純物は、例えば窒素(N)であり、n型不純物の不純物濃度は、例えば1×1018〜1×1021cm−3程度である。また、n+型SiC基板1はSi面とC面との両面を有するが、n+型SiC基板1の表面はSi面またはC面のどちらでもよい。First, as shown in FIG. 5, an n + -type 4H—
次に、n+型SiC基板1の表面にエピタキシャル成長法によりSiCのn−型エピタキシャル層2を形成する。n−型エピタキシャル層2には、n+型SiC基板1の不純物濃度よりも低いn型不純物が導入されている。n−型エピタキシャル層2の不純物濃度はSiCパワーMISFETの素子定格に依存するが、例えば1×1014〜1×1017cm−3程度である。また、n−型エピタキシャル層2の厚さは、例えば5.0〜100.0μmである。以上の工程により、n+型SiC基板1およびn−型エピタキシャル層2からなるSiCエピタキシャル基板3が形成される。Next, an SiC n −
次に、n−型エピタキシャル層2にp型不純物、例えばアルミニウム原子(Al)を最大エネルギー500keVでイオン注入する。これにより、n−型エピタキシャル層2の素子形成領域にp型ボディ領域4を形成し、図示は省略するが、周辺形成領域にフローティング・フィールド・リミッティング・リング(Field Limiting Ring:FLR)構造を形成する。Next, p-type impurities such as aluminum atoms (Al) are ion-implanted into the n − -
p型ボディ領域4のn−型エピタキシャル層2の表面からの深さは、例えば0.5〜2.0μm程度である。また、p型ボディ領域4の不純物濃度は、例えば1×1016〜1×1019cm−3程度である。周辺形成領域の終端部には、FLR構造を形成したが、これに限定されるものではな。終端部の構造としては、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(Junction Termination Extension:JTE)構造であってもよい。The depth of the p-
次に、n−型エピタキシャル層2にn型不純物、例えば窒素原子(N)を最大エネルギー120keVでイオン注入して、p型ボディ領域4内に、p型ボディ領域4の端部側面から離間してn+型ソース領域5を形成する。n+型ソース領域5のn−型エピタキシャル層2の表面からの深さは、例えば0.1〜0.5μm程度である。また、n+型ソース領域5の不純物濃度は、例えば1×1020cm−3程度である。Next, an n-type impurity, for example, a nitrogen atom (N) is ion-implanted into the n − -
次に、n−型エピタキシャル層2にp型不純物、例えばアルミニウム原子(Al)を最大エネルギー150keVでイオン注入して、p型ボディ領域4の電位を固定する領域にp+型電位固定領域6を形成する。p+型電位固定領域6のn−型エピタキシャル層2の表面からの深さは、例えば0.1〜0.5μm程度である。また、p+型電位固定領域6の不純物濃度は、例えば1×1020cm−3程度である。Next, a p-type impurity, for example, an aluminum atom (Al) is ion-implanted into the n − -
次に、図6に示すように、n−型エピタキシャル層2の表面上に、マスク18を形成する。マスク18には、後の工程においてJFET領域7が形成される領域のみに開口部分が設けられている。すなわち、マスク18には、互いに隣り合うp型ボディ領域4の間およびp型ボディ領域4の端部が露出するように開口部分が設けられている。Next, as shown in FIG. 6, a
次に、マスク18越しに、n−型エピタキシャル層2にn型不純物、例えば窒素原子(N)を最大エネルギー1,000keVでイオン注入して、p型ボディ領域4のn−型エピタキシャル層2の表面からの深さと同じか、それよりも深く、JFET領域7を形成する。JFET領域7の不純物濃度は、例えば3×1016cm−3程度である。Then, over the
これにより、互いに隣り合うp型ボディ領域4の間およびp型ボディ領域4の端部の下部に、JFET領域7が形成される。具体的には、n−型エピタキシャル層2の表面から第1深さを有する第1領域4aと、平面視において第1領域4aの周囲に、第1領域4aと接して、n−型エピタキシャル層2の表面から第2深さを有する第2領域4bとから構成されるp型ボディ領域4が形成される。ここで、第2領域4bの第2深さは第1領域4aの第1深さよりも浅い。また、互いに隣り合うp型ボディ領域4の第2領域4bの間、およびp型ボディ領域4の第2領域4bの下にJFET領域7が形成される。すなわち、JFET領域7は、p型ボディ領域4の第2領域4bの側面および底面を囲むように形成されており、互いに隣り合うp型ボディ領域4の方向に沿った断面で見た場合、凸形状を有している。Thereby,
次に、マスク18を除去した後、図示は省略するが、SiCエピタキシャル基板3の表面上および裏面上に、例えばプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法により炭素(C)膜を堆積する。炭素(C)膜の厚さは、例えば0.03μm程度である。この炭素(C)膜により、SiCエピタキシャル基板3の表面を被覆した後、SiCエピタキシャル基板3に1,700℃程度の温度で2〜3分程度の熱処理を施す。これにより、SiCエピタキシャル基板3にイオン注入した各不純物の活性化を行う。熱処理後は、炭素(C)膜を、例えば酸素プラズマ処理により除去する。
Next, after the
次に、図7に示すように、n−型エピタキシャル層2の表面上に、酸窒化珪素からなるゲート絶縁膜10を形成する。ゲート絶縁膜10は、例えばCVD法により酸化珪素(SiO2)膜を形成した後、酸化窒素(NOまたはN2O)雰囲気で熱処理することにより形成される。ゲート絶縁膜10の厚さは、例えば0.05〜0.15μm程度である。Next, as shown in FIG. 7, a
次に、ゲート絶縁膜10上に多結晶珪素(Si)膜を形成し、この多結晶珪素(Si)膜をドライエッチング法により加工して、ゲート電極11を形成する。ゲート電極11の厚さは、例えば0.2〜0.5μm程度である。
Next, a polycrystalline silicon (Si) film is formed on the
次に、n−型エピタキシャル層2の表面上にゲート電極11およびゲート絶縁膜10を覆うように、例えばプラズマCVD法により層間絶縁膜12を形成する。その後、層間絶縁膜12およびゲート絶縁膜10をドライエッチング法により加工して、n+型ソース領域5の一部およびp+型電位固定領域6に達する開口部13を形成する。Next, an
次に、開口部13の底面に露出しているn+型ソース領域5の一部およびp+型電位固定領域6のそれぞれの表面に金属シリサイド層14、例えばニッケルシリサイド(NiSi)層を形成する。さらに、n+型SiC基板1の裏面に金属シリサイド層16、例えばニッケルシリサイド(NiSi)層を形成する。Next, a
次に、金属シリサイド層16を覆うように、ドレイン配線用電極17を形成する(図2参照)。ドレイン配線用電極17の厚さは、例えば0.4μm程度である。
Next, a
次に、層間絶縁膜12をドライエッチング法により加工して、ゲート電極11に達する開口部(図示は省略)を形成する。
Next, the
次に、n+型ソース領域5の一部およびp+型電位固定領域6のそれぞれの表面に形成された金属シリサイド膜14に達する開口部13、ならびにゲート電極11に達する開口部(図示は省略)の内部を含む層間絶縁膜12上に金属膜、例えばチタン(Ti)膜と窒化チタン(TiN)膜とアルミニウム(Al)膜とからなる積層膜を堆積する。アルミニウム(Al)膜の厚さは、例えば2.0μm以上が好ましい。続いて、積層膜を加工することにより、金属シリサイド層14を介してn+型ソース領域5の一部と電気的に接続するソース配線用電極15およびゲート電極11と電気的に接続するゲート配線用電極(図示は省略)を形成する(図2参照)。その後、ソース配線用電極15およびゲート配線用電極(図示は省略)にそれぞれ外部配線が電気的に接続される。
≪電力変改装置(インバータ)≫Next, an
≪Power conversion device (inverter) ≫
本実施例1によるSiCパワーMISFETをスイッチング素子とした電力変換装置(インバータ)について図8および図9を用いて説明する。図8は、本実施例1によるSiCパワーMISFETをスイッチ素子として用いた電力変換装置(インバータ)の第1例を示す回路図である。図9は、本実施例1によるSiCパワーMISFETをスイッチ素子として用いた電力変換装置(インバータ)の第2例を示す回路図である。 A power conversion device (inverter) using the SiC power MISFET according to the first embodiment as a switching element will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a circuit diagram showing a first example of a power converter (inverter) using the SiC power MISFET according to the first embodiment as a switch element. FIG. 9 is a circuit diagram showing a second example of a power conversion device (inverter) using the SiC power MISFET according to the first embodiment as a switch element.
図8に示すように、本実施例1によるインバータは、制御回路21と、パワーモジュール22とを有する。制御回路21とパワーモジュール22とは、端子23および端子24で接続されている。パワーモジュール22は、電源電位(Vcc)とは端子25を介して、接地電位(GND)とは端子26を介して接続されている。パワーモジュールの出力は、端子27,28,29を介して3相モータ30に接続されている。
As shown in FIG. 8, the inverter according to the first embodiment includes a
パワーモジュール22には、スイッチング素子として、本実施例1によるSiCパワーMISFET33が搭載されている。また、各SiCパワーMISFET33には、外付けの還流ダイオード32が接続されている。還流ダイオード32は、逆方向に電圧を印加した時に、金属と半導体との界面(ショットキー界面)にかかる電界を緩和して、逆方向動作時の漏れ電流を抑制するために設けられている。図8中、符号33で示すダイオードは、SiCパワーMISFETに形成されたp+型電位固定領域6とn+型SiC基板1とからなるボディダイオードである(図2等参照)。The
各単相において、電源電位(Vcc)と3相モータ30の入力電位との間にSiCパワーMISFET31と還流ダイオード32とが逆並列に接続されており、3相モータ30の入力電位と接地電位(GND)との間にもSiCパワーMISFET31と還流ダイオード32とが逆並列に接続されている。つまり、3相モータ30の各単相に2つのSiCパワーMISFET31と2つの還流ダイオード32が設けられており、3相で6つのSiCパワーMISFET31と6つの還流ダイオード32が設けられている。そして、個々のSiCパワーMISFET31のゲート電極には制御回路21が接続されており、この制御回路21によってSiCパワーMISFET31が制御される。従って、制御回路21でパワーモジュール22のSiCパワーMISFET31に流れる電流を制御することにより、3相モータ30を駆動することができる。
In each single phase, the
本実施例1によるSiCパワーMISFET31は、前述のようにオン抵抗が低く、かつ、高耐圧であるので、高性能・高信頼なパワーモジュール22を実現することができる。
Since the
また、本実施例1によるSiCパワーMISFET31は、図2等に示したように、JFET領域7は、p型ボディ領域4の第2領域4bと接して、p型ボディ領域4の第2領域4bの下にも形成されている。すなわち、JFET領域7は、p型ボディ領域4の第2領域4bを囲むように形成されており、互いに隣り合うp型ボディ領域4の方向に沿った断面で見た場合、凸形状を有している。
Further, in the
従って、p+型電位固定領域6とn+型SiC基板1とからなるボディダイオード33を考えた場合、図2に矢印で示したように、p+型電位固定領域6とn+型SiC基板1との間を流れる電流は、p型ボディ領域4の第2領域4bの下のJFET領域7にも分散して流れるので、オン抵抗の低いボディダイオード33を得ることができる。Therefore, when a
これにより、本実施例1によるSiCパワーMISFET31を用いた場合は、ボディダイオード33と外付けの還流ダイオード32とが並列にSiCパワーMISFET31に接続された構成となるので、逆方向動作時の漏れ電流の抑制効果がより向上する。
As a result, when the
さらに、図9に示すように、本実施例1によるSiCパワーMISFET31を用いた場合は、外付けの還流ダイオード32をSiCパワーMISFET31に接続せずに、ボディダイオード33のみを還流ダイオードとして機能させることもできる。これにより、高性能・高信頼なパワーモジュール22を実現することができることに加えて、電力変換装置の小型化も実現することができる。
Furthermore, as shown in FIG. 9, when the
このように、本実施例1によれば、低いオン抵抗を得るためにJFET領域7を形成しても、p型ボディ領域4とJFET領域7とのpn接合部にかかる電界を分散することができるので、SiCパワーMISFETの耐圧を向上させることができる。これにより、オン抵抗が低く、かつ、高耐圧のSiCパワーMISFETを提供することができる。
Thus, according to the first embodiment, even when the
さらに、電力変換装置に、本実施例1によるSiCパワーMISFET31を用いることにより、オン抵抗の低いボディダイオード33を得ることができるので、外付けの還流ダイオード32が不要となり、高性能・高信頼なパワーモジュール22を実現することができることに加えて、電力変換装置の小型化も実現することができる。
Further, by using the
≪SiCパワーMISFETの構造≫ ≪SiC power MISFET structure≫
本実施例2によるSiCパワーMISFETの構造について図10を用いて説明する。図10は、本実施例2によるSiCパワーMISFETを示す要部断面図(図1のI−I線に沿った断面図)である。ここでは、前述の実施例1によるSiCパワーMISFETと相違する点について説明する。 The structure of the SiC power MISFET according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 10 is a cross-sectional view of a principal part showing the SiC power MISFET according to the second embodiment (cross-sectional view taken along the line II in FIG. 1). Here, differences from the SiC power MISFET according to the first embodiment will be described.
前述の実施例1によるSiCパワーMISFETでは、第1深さを有する第1領域4aと、第1深さよりも浅い第2深さを有する第2領域4bとからp型ボディ領域4を構成した。そして、JFET領域7の深さをp型ボディ領域4の第1深さとほぼ同じか、それよりも深くした。
In the SiC power MISFET according to Example 1 described above, the p-
しかし、図10に示すように、本実施例2によるSiCパワーMISFETでは、JFET領域7の深さをp型ボディ領域4の第1深さよりも浅く、第2深さよりも深くしている。
However, as shown in FIG. 10, in the SiC power MISFET according to the second embodiment, the depth of the
JFET領域7は、n−型エピタキシャル層2にn型不純物をイオン注入することにより、形成される。このため、JFET領域7の不純物濃度分布をn−型エピタキシャル層2の深さ方向に見た場合、ピーク値を超えると、JFET領域7が深くなるに従い不純物濃度は低くなる。従って、本実施例2におけるp型ボディ領域4の角部Aおよび角部Bが位置する部分のJFET領域7の不純物濃度は、前述の実施例1におけるp型ボディ領域4の角部Aおよび角部Bが位置する部分のJFET領域7の不純物濃度よりも低くなる。The
これにより、本実施例2におけるp型ボディ領域4とJFET領域7とのpn接合耐圧が、前述の実施例1におけるp型ボディ領域4とJFET領域7とのpn接合耐圧よりも高くなるので、本実施例2によるSiCパワーMISFETの耐圧は、前述の実施例1によるSiCパワーMISFETの耐圧よりも向上する。
≪SiCパワーMISFETの製造方法≫As a result, the pn junction breakdown voltage between the p-
≪SiC power MISFET manufacturing method≫
本実施例2によるSiCパワーMISFETの製造方法について図11〜図13を用いて工程順に説明する。図11〜図13は、本実施例1によるSiCパワーMISFETの製造工程の一例を示す要部断面図である。 A manufacturing method of the SiC power MISFET according to the second embodiment will be described in the order of steps with reference to FIGS. FIGS. 11 to 13 are cross-sectional views of relevant parts showing an example of manufacturing steps of the SiC power MISFET according to the first embodiment.
まず、図11に示すように、前述の実施例1と同様にして、n+型SiC基板1の表面にSiCのn−型エピタキシャル層2を形成して、n+型SiC基板1およびn−型エピタキシャル層2からなるSiCエピタキシャル基板3を形成する。First, as shown in FIG. 11, an n −
次に、n−型エピタキシャル層2にp型不純物、例えばアルミニウム原子(Al)を最大エネルギー500keVでイオン注入して、p型ボディ領域4を形成し、n−型エピタキシャル層2にn型不純物、例えば窒素原子(N)を最大エネルギー120keVでイオン注入して、p型ボディ領域4内に、p型ボディ領域4の端部側面から離間するn+型ソース領域5を形成する。Next, p-type impurities, for example, aluminum atoms (Al) are ion-implanted into the n − -
次に、n−型エピタキシャル層2にn型不純物、例えば窒素原子(N)を最大エネルギー1,000keVでイオン注入して、p型ボディ領域4のn−型エピタキシャル層2の表面からの深さよりも深く、JFET領域7を形成する。p型ボディ領域4の不純物濃度は、例えば1×1018cm−3程度、n+型ソース領域5の不純物濃度は、例えば1×1020cm−3程度、JFET領域7の不純物濃度は、例えば3×1016cm−3程度である。Then, n - n-type impurity -
次に、図12に示すように、n−型エピタキシャル層2の表面上に、マスク19を形成する。マスク19には、後の工程においてp+型電位固定領域6が形成される領域のみに開口部分が設けられている。Next, as shown in FIG. 12, a
次に、マスク19越しに、n−型エピタキシャル層2にp型不純物、例えばアルミニウム原子(Al)を最大エネルギー1,000keVでイオン注入して、n−型エピタキシャル層2の表面付近の不純物濃度が、例えば1×1020cm−3程度、深い領域の不純物濃度が、例えば1×1018cm−3程度のp+型電位固定領域6を形成する。この際、p型不純物を高エネルギーでイオン注入しているので、すでに形成されているp型ボディ領域4およびJFET領域7よりも深くp型不純物がイオン注入される。Then, over the
これにより、n−型エピタキシャル層2の表面から第1深さを有する第1領域4aと、平面視において第1領域4aの周囲に、第1領域4aと接して、n−型エピタキシャル層2の表面から第2深さを有する第2領域4bとから構成されるp型ボディ領域4が形成される。ここで、第2領域4bの第2深さは第1領域4aの第1深さよりも浅い。また、JFET領域7は、p型ボディ領域4の第2領域4bの下に形成されるが、n−型エピタキシャル層2の表面からの深さは、p型ボディ領域4の第2領域4bよりも深く、第1領域4aよりも浅い。Thereby, the
次に、マスク19を除去した後、1,700℃程度の温度で2〜3分程度の熱処理を施して、SiCエピタキシャル基板3にイオン注入した各不純物の活性化を行う。
Next, after removing the
次に、図13に示すように、前述の実施例1と同様にして、n+型SiC基板1の表面側に、ゲート絶縁膜10、ゲート電極11、層間絶縁膜12および金属シリサイド層14を形成し、n+型SiC基板1の裏面側に、金属シリサイド層16を形成する。さらに、ソース配線用電極15、ゲート配線用電極およびドレイン配線用電極17を形成する(図10参照)。Next, as shown in FIG. 13, the
このように、本実施例2によれば、前述の実施例1よりも、さらに、p型ボディ領域4とJFET領域7とのpn接合部にかかる電界を低くすることができるので、SiCパワーMISFETの耐圧を向上させることができる。
As described above, according to the second embodiment, the electric field applied to the pn junction between the p-
≪SiCパワーMISFETの構造≫ ≪SiC power MISFET structure≫
本実施例3によるSiCパワーMISFETの構造について図14を用いて説明する。図14は、本実施例3によるSiCパワーMISFETを示す要部断面図(図1のI−I線に沿った断面図)である。ここでは、前述の実施例1によるSiCパワーMISFETと相違する点について説明する。 The structure of the SiC power MISFET according to the third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a cross-sectional view of an essential part showing the SiC power MISFET according to the third embodiment (cross-sectional view taken along the line II in FIG. 1). Here, differences from the SiC power MISFET according to the first embodiment will be described.
前述の実施例1によるSiCパワーMISFETでは、n+型ソース領域5が形成されたn−型エピタキシャル層2の表面は平坦であり、n+型ソース領域5の不純物濃度は、チャネル領域8からp+型電位固定領域6にわたってほぼ均一である。In the SiC power MISFET according to Example 1 described above, the surface of the n −
しかし、図14に示すように、本実施例3によるSiCパワーMISFETでは、チャネル領域8側のn+型ソース領域5が形成されたn−型エピタキシャル層2の表面が、p+型電位固定領域6側のn+型ソース領域5が形成されたn−型エピタキシャル層2の表面よりも低くなるように、n−型エピタキシャル層2の表面に段差が形成されている。また、チャネル領域8側のn+型ソース領域5の不純物濃度が、p+型電位固定領域6側のn+型ソース領域5の不純物濃度よりも低くなるように、n+型ソース領域5が形成されている。However, as shown in FIG. 14, in the SiC power MISFET according to the third embodiment, the surface of the n −
このように、n−型エピタキシャル層2の表面に段差を形成することにより、後述するSiCパワーMISFETの製造方法において、JFET領域7をイオン注入により形成する際のエネルギーを低減することができるので、汎用のイオン注入条件を用いてJFET領域7を形成することができる。これにより、SiCパワーMISFETの生産性が向上する。Thus, by forming a step on the surface of the n − -
また、チャネル領域8に接するn+型ソース領域5の不純物濃度を低くすることができるので、p型ボディ領域4とn+型ソース領域5とのpn接合障壁が下がり、チャネル領域8に電子が入りやすくなる。これにより、本実施例3によるSiCパワーMISFETのオン抵抗を前述の実施例1によるSiCパワーMISFETのオン抵抗よりも低くすることができる。
≪SiCパワーMISFETの製造方法≫In addition, since the impurity concentration of the n + -
≪SiC power MISFET manufacturing method≫
本実施例3によるSiCパワーMISFETの製造方法について図15〜図17を用いて工程順に説明する。図15〜図17は、本実施例3によるSiCパワーMISFETの製造工程の一例を示す要部断面図である。 A manufacturing method of the SiC power MISFET according to the third embodiment will be described in the order of steps with reference to FIGS. 15-17 is principal part sectional drawing which shows an example of the manufacturing process of SiC power MISFET by the present Example 3. FIGS.
まず、図15に示すように、前述の実施例1と同様にして、n+型SiC基板1の表面にSiCのn−型エピタキシャル層2を形成して、n+型SiC基板1およびn−型エピタキシャル層2からなるSiCエピタキシャル基板3を形成する。First, as shown in FIG. 15, an SiC n −
次に、n−型エピタキシャル層2にp型不純物、例えばアルミニウム原子(Al)を最大エネルギー500keVでイオン注入して、p型ボディ領域4を形成し、n−型エピタキシャル層2にn型不純物、例えば窒素原子(N)を最大エネルギー120keVでイオン注入して、p型ボディ領域4内に、p型ボディ領域4の端部側面から離間するn+型ソース領域5を形成する。Next, p-type impurities, for example, aluminum atoms (Al) are ion-implanted into the n − -
次に、n−型エピタキシャル層2にp型不純物、例えばアルミニウム原子(Al)を最大エネルギー150keVでイオン注入して、p型ボディ領域4内のn+型ソース領域5が形成されていない領域にp+型電位固定領域6を形成する。p型ボディ領域4の不純物濃度は、例えば1×1018cm−3程度、n+型ソース領域5の不純物濃度は、例えば1×1020cm−3程度、p+型電位固定領域6の不純物濃度は、例えば1×1020cm−3程度である。Next, a p-type impurity, for example, an aluminum atom (Al) is ion-implanted into the n − -
次に、図16に示すように、n−型エピタキシャル層2の表面上に、マスク20を形成する。マスク20は、例えば酸化珪素(SiO2)からなり、後の工程においてJFET領域7が形成される領域のみに開口部分が設けられている。すなわち、マスク20には、互いに隣り合うp型ボディ領域4の間、チャネル領域8およびチャネル領域8側のn+型ソース領域5の一部が露出するように開口部分が設けられている。Next, as shown in FIG. 16, a
次に、ドライエッチング法により、マスク20から露出しているn−型エピタキシャル層2を深さ方向に、例えば200nm程度除去して、n−型エピタキシャル層2の表面に段差を形成する。Next, the n −
n+型ソース領域5は、n−型エピタキシャル層2にn型不純物をイオン注入することにより形成される。このため、n+型ソース領域5の不純物濃度分布をn−型エピタキシャル層2の深さ方向に見た場合、ピーク値を超えると、n+型ソース領域5が深くなるに従い不純物濃度は低くなる。従って、n+型ソース領域5の上部をエッチング除去すると、不純物濃度の低いn+型ソース領域5の下部が残ることになる。The n +
従って、チャネル領域8に接するn+型ソース領域5の不純物濃度が低くなることにより、p型ボディ領域4とn+型ソース領域5とのpn接合障壁が下がり、チャネル領域8に電子が入りやすくなる。これにより、本実施例3によるSiCパワーMISFETのオン抵抗を前述の実施例1によるSiCパワーMISFETのオン抵抗よりも低くすることができる。Accordingly, the impurity concentration of the n + -
次に、マスク20越しに、n−型エピタキシャル層2にn型不純物、例えばアルミニウム原子(Al)を最大エネルギー700keVでイオン注入して、JFET領域7を形成する。JFET領域7の不純物濃度は、例えば3×1016cm−3程度である。Next, an n-type impurity, for example, an aluminum atom (Al) is ion-implanted into the n − -
これにより、互いに隣り合うp型ボディ領域4の間およびp型ボディ領域4の端部の下部に、JFET領域7が形成される。具体的には、n−型エピタキシャル層2の表面から第1深さを有する第1領域4aと、平面視において第1領域4aの周囲に、第1領域4aと接して、n−型エピタキシャル層2の表面から第2深さを有する第2領域4bとから構成されるp型ボディ領域4が形成される。また、互いに隣り合うp型ボディ領域4の第2領域4bの間、およびp型ボディ領域4の第2領域4bの下にJFET領域7が形成される。すなわち、JFET領域7は、p型ボディ領域4の第2領域4bの側面および底面を囲むように形成されており、互いに隣り合うp型ボディ領域4の方向に沿った断面で見た場合、凸形状を有している。Thereby,
本実施例3では、JFET領域7が形成される領域のn−型エピタキシャル層2を深さ方向に、例えば200nm程度除去しているので、JFET領域7を形成する際のn型不純物の最大エネルギー(例えば700eV)を、前述の実施例1におけるJFET領域7を形成する際のn型不純物の最大エネルギー(例えば1,000eV)よりも低くすることができる。従って、汎用のイオン注入条件を用いてJFET領域7を形成することができる。これにより、SiCパワーMISFETの生産性が向上する。In Example 3, since the n −
次に、マスク20を除去した後、1,700℃程度の温度で2〜3分程度の熱処理を施して、SiCエピタキシャル基板3にイオン注入した各不純物の活性化を行う。
Next, after removing the
次に、図17に示すように、前述の実施例1と同様にして、n+型SiC基板1の表面側に、ゲート絶縁膜10、ゲート電極11、層間絶縁膜12および金属シリサイド層14を形成し、n+型SiC基板1の裏面側に、金属シリサイド層16を形成する。さらに、ソース配線用電極15、ゲート配線用電極およびドレイン配線用電極17を形成する(図14参照)。Next, as shown in FIG. 17, the
このように、本実施例3によれば、前述の実施例1よりも、さらに、n+型ソース領域4からチャネル領域8へ電子が入りやすくなるので、SiCパワーMISFETのオン抵抗を向上させることができる。As described above, according to the third embodiment, electrons are more likely to enter the
≪SiCパワーMISFETの構造≫ ≪SiC power MISFET structure≫
本実施例4によるSiCパワーMISFETの構造について図18を用いて説明する。図18は、本実施例4によるSiCパワーMISFETを示す要部断面図(図1のI−I線に沿った断面図)である。ここでは、前述の実施例1によるSiCパワーMISFETと相違する点について説明する。 The structure of the SiC power MISFET according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 18 is a cross-sectional view of the principal part showing the SiC power MISFET according to the fourth embodiment (cross-sectional view taken along the line II of FIG. 1). Here, differences from the SiC power MISFET according to the first embodiment will be described.
前述の実施例1によるSiCパワーMISFETでは、JFET領域7の不純物濃度を3×1016cm−3程度とした。In the SiC power MISFET according to Example 1 described above, the impurity concentration of the
しかし、図18に示すように、本実施例4によるSiCパワーMISFETでは、JFET領域7の上部7Aの不純物濃度を、例えば3×1016cm−3程度とし、JFET領域7の下部7Bの不純物濃度を上部7Aの不純物濃度よりも低い、例えば1×1016cm−3程度とする。例えば互いに隣り合うp型ボディ領域4の第2領域4bで挟まれているJFET領域7の上部7Aを高濃度の不純物濃度とし、互いに隣り合うp型ボディ領域4の第1領域4aで挟まれているJFET領域7の下部7Bを低濃度の不純物濃度とする。However, as shown in FIG. 18, in the SiC power MISFET according to the fourth embodiment, the impurity concentration of the
そして、JFET領域7の不純物濃度が低い下部7Bに、p型ボディ領域4の角部の少なくとも1つが形成されるように、JFET領域7を形成する。
Then, the
これにより、本実施例4におけるp型ボディ領域4とJFET領域7とのpn接合耐圧が、前述の実施例1におけるp型ボディ領域4とJFET領域7とのpn接合耐圧よりも高くなるので、本実施例4によるSiCパワーMISFETの耐圧は、前述の実施例1によるSiCパワーMISFETの耐圧よりも向上する。
As a result, the pn junction breakdown voltage between the p-
以上、本発明者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ことはいうまでもない。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
1 n+型SiC基板
2 n−型エピタキシャル層
3 SiCエピタキシャル基板
4 p型ボディ領域
4a p型ボディ領域の第1領域
4b p型ボディ領域の第2領域
5 n+型ソース領域
6 p+型電位固定領域
7 JFET領域(ドーピング領域)
7A JFET領域の上部
7B JFET領域の下部
8 チャネル領域
10 ゲート絶縁膜
11 ゲート電極
12 層間絶縁膜
13 開口部
14 金属シリサイド層
15 ソース配線用電極
16 金属シリサイド層
17 ドレイン配線用電極
18,19,20 マスク
21 制御回路
22 パワーモジュール
23,24,25,26,27,28,29 端子
30 3相モータ
31 SiCパワーMISFET
32 還元ダイオード
33 ボディダイオード1 n + type SiC substrate 2 n −
7A Upper portion of
32
Claims (11)
前記基板の前記第1主面上に形成された炭化珪素からなる前記第1導電型のエピタキシャル層と、
前記エピタキシャル層の表面から前記エピタキシャル層内に形成された前記第1導電型とは異なる第2導電型の複数のボディ領域と、
互いに隣り合う前記ボディ領域の間に形成された前記第1導電型のドーピング領域と、
前記ボディ領域の端部側面と離間して、前記エピタキシャル層の表面から前記ボディ領域内に形成された前記第1導電型のソース領域と、
前記ボディ領域の端部側面と前記ソース領域の端部側面との間の前記エピタキシャル層の表層部に形成されたチャネル領域と、
前記チャネル領域に接して形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜に接して形成されたゲート電極と、
を有し、
前記ボディ領域は、
第1深さを有する第1領域と、
平面視において互いに隣り合う前記第1領域同士が向かい合う側に、前記第1領域と接して形成された、前記第1深さよりも浅い第2深さを有する第2領域と、
から構成され、
前記ドーピング領域の深さは、前記第2深さより深く、
互いに隣り合う前記第2領域の間であって、前記第2領域の下端より上の前記ドーピング領域の不純物濃度が、前記第2領域の前記下端に接する前記ドーピング領域の不純物濃度よりも高い、半導体装置。 A first conductive type substrate having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface and made of silicon carbide;
An epitaxial layer of the first conductivity type made of silicon carbide formed on the first main surface of the substrate;
A plurality of body regions of a second conductivity type different from the first conductivity type formed in the epitaxial layer from the surface of the epitaxial layer;
A doping region of the first conductivity type formed between the body regions adjacent to each other;
A source region of the first conductivity type formed in the body region from the surface of the epitaxial layer, spaced from an end side surface of the body region;
A channel region formed in a surface layer portion of the epitaxial layer between an end side surface of the body region and an end side surface of the source region;
A gate insulating film formed in contact with the channel region;
A gate electrode formed in contact with the gate insulating film;
Have
The body region is
A first region having a first depth;
A second region having a second depth shallower than the first depth, formed in contact with the first region on a side where the first regions adjacent to each other in plan view are opposed to each other;
Consisting of
A depth of the doping region is deeper than the second depth;
Be between the second region adjacent to each other, the impurity concentration of the doped region above the lower end of the second region is higher than the impurity concentration of the doped region in contact with the lower end of the second region, the semiconductor apparatus.
平面視において、前記ソース領域の端が、前記第1領域の端と前記第2領域の端との間に位置する、半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device, wherein the end of the source region is located between the end of the first region and the end of the second region in plan view.
前記ソース領域が形成された前記エピタキシャル層の表面に段差を有し、
前記ソース領域の端部の前記エピタキシャル層の表面の位置が、前記ソース領域の中央部の前記エピタキシャル層の表面の位置よりも低く、
前記ソース領域の端部の不純物濃度が、前記ソース領域の中央部の不純物濃度よりも低い、半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
Having a step on the surface of the epitaxial layer where the source region is formed;
The position of the surface of the epitaxial layer at the end of the source region is lower than the position of the surface of the epitaxial layer at the center of the source region;
A semiconductor device, wherein an impurity concentration at an end portion of the source region is lower than an impurity concentration at a central portion of the source region.
平面視において、前記段差の位置と前記第2領域の端の位置とが重なる、半導体装置。 The semiconductor device according to claim 3 .
The semiconductor device in which the position of the step and the position of the end of the second region overlap in plan view.
前記第2領域の下に、前記ドーピング領域が形成されている、半導体装置。 The semiconductor device according to claim 3 .
A semiconductor device, wherein the doping region is formed under the second region.
平面視において、前記ソース領域の端が、前記第1領域の端と前記第2領域の端との間に位置する、半導体装置。 The semiconductor device according to claim 3 .
The semiconductor device, wherein the end of the source region is located between the end of the first region and the end of the second region in plan view.
互いに隣り合う前記第2領域の間の前記ドーピング領域の不純物濃度が、前記第2領域の下の前記ドーピング領域の不純物濃度よりも高い、半導体装置。 The semiconductor device according to claim 3 .
The semiconductor device, wherein an impurity concentration of the doping region between the second regions adjacent to each other is higher than an impurity concentration of the doping region under the second region.
(b)前記エピタキシャル層の表面から前記エピタキシャル層内に、前記第1導電型とは異なる第2導電型の不純物をイオン注入して、複数のボディ領域を形成する工程、
(c)前記ボディ領域の端部側面と離間して、前記エピタキシャル層の表面から前記ボディ領域内に、前記第1導電型の不純物をイオン注入して、ソース領域を形成する工程、
(d)前記エピタキシャル層の表面上に、互いに隣り合う前記ボディ領域の間および前記ボディ領域の端部が露出するように開口部が設けられたマスクを形成する工程、
(e)前記マスクから露出する前記エピタキシャル層に、前記第1導電型の不純物をイオン注入して、互いに隣り合う前記ボディ領域の間および前記ボディ領域の端部下の前記エピタキシャル層に、ドーピング領域を形成する工程、
(f)前記マスクを除去した後、前記エピタキシャル層の表面に接して、ゲート絶縁膜を形成し、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程、
を有し、
前記(e)工程後の前記ボディ領域は、
第1深さを有する第1領域と、
平面視において互いに隣り合う前記第1領域同士が向かい合う側に、前記第1領域と接して形成された、前記第1深さよりも浅い第2深さを有する第2領域と、
から構成され、
互いに隣り合う前記第2領域の間であって、前記第2領域の下端より上の前記ドーピング領域の不純物濃度が、前記第2領域の前記下端に接する前記ドーピング領域の不純物濃度よりも高い、半導体装置の製造方法。 (A ) forming a first conductive type epitaxial layer made of silicon carbide on a first main surface of a first conductive type substrate made of silicon carbide;
(B) forming a plurality of body regions by ion-implanting a second conductivity type impurity different from the first conductivity type from the surface of the epitaxial layer into the epitaxial layer;
(C) a step of forming a source region by ion-implanting the first conductivity type impurity from the surface of the epitaxial layer into the body region apart from the end side surface of the body region;
(D) forming a mask provided with an opening on the surface of the epitaxial layer so as to expose an end portion of the body region between the adjacent body regions;
(E) in the epitaxial layer exposed from the mask, the impurity of the first conductivity type by ion implantation into the epitaxial layer below the end of and between the body region of the body region adjacent to each other, Doping region Forming a process,
(F) after removing the mask, in contact with the surface of the epitaxial layer, the step of forming a gate insulating film, forming a gate electrode on the gate insulating film,
Have
The body region after the step (e) is
A first region having a first depth;
A second region having a second depth shallower than the first depth, formed in contact with the first region on a side where the first regions adjacent to each other in plan view are opposed to each other;
Consisting of
A semiconductor between the second regions adjacent to each other, the impurity concentration of the doping region above the lower end of the second region being higher than the impurity concentration of the doping region in contact with the lower end of the second region Device manufacturing method.
前記(d)工程と前記(e)工程との間に、さらに、以下の工程を含む:
(g)前記マスクから露出する前記エピタキシャル層を、前記ソース領域の深さよりも浅く、エッチングする工程。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8 .
The following steps are further included between the step (d) and the step (e):
(G) Etching the epitaxial layer exposed from the mask to be shallower than the depth of the source region.
前記マスクの開口部端は、前記ソース領域上に位置する、半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 8 .
The manufacturing method of a semiconductor device, wherein an opening end of the mask is located on the source region.
A power converter comprising the semiconductor device according to claim 1.
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