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JP6473073B2 - Semiconductor device, power module, power conversion device, automobile and railway vehicle - Google Patents

Semiconductor device, power module, power conversion device, automobile and railway vehicle Download PDF

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JP6473073B2 JP2015244105A JP2015244105A JP6473073B2 JP 6473073 B2 JP6473073 B2 JP 6473073B2 JP 2015244105 A JP2015244105 A JP 2015244105A JP 2015244105 A JP2015244105 A JP 2015244105A JP 6473073 B2 JP6473073 B2 JP 6473073B2
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  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Description

本発明は半導体装置、パワーモジュール、電力変換装置、自動車および鉄道車両に関し、特に、炭化ケイ素を用いたパワーデバイスの構造に関する。   The present invention relates to a semiconductor device, a power module, a power conversion device, an automobile and a railway vehicle, and more particularly to a structure of a power device using silicon carbide.

半導体パワー素子には高耐圧のほか、低オン抵抗、低スイッチング損失が要求されるが、現在の主流であるケイ素(Si)パワー素子は理論的な性能限界に近づいている。炭化ケイ素(SiC)はSiと比較して絶縁破壊電界強度が約1桁大きいため、耐圧を保持するドリフト層を約1/10に薄く、不純物濃度を約100倍高くすることで、素子抵抗を理論上3桁以上低減できる。また、Siに対してバンドギャップが約3倍大きいことから高温動作も可能であり、SiC半導体素子は、Si半導体素子を超える性能が期待されている。   Semiconductor power devices are required to have high breakdown voltage, low on-resistance, and low switching loss, but silicon (Si) power devices, which are currently mainstream, are approaching theoretical performance limits. Since silicon carbide (SiC) has a breakdown electric field strength that is about an order of magnitude higher than that of Si, the element resistance can be reduced by thinning the drift layer holding the breakdown voltage to about 1/10 and increasing the impurity concentration by about 100 times. Theoretically, it can be reduced by 3 digits or more. Further, since the band gap is about three times larger than that of Si, high-temperature operation is possible, and the SiC semiconductor element is expected to have performance exceeding that of the Si semiconductor element.

SiCの上記の利点に着目し、整流素子としてはショットキーバリアダイオード(SBD:Schottky Barrier Diode)などの研究開発が進められている。また、スイッチング素子としては、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)、接合FET、またはIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などの研究開発が進められている。   Focusing on the above-mentioned advantages of SiC, research and development of Schottky Barrier Diodes (SBD) and the like as rectifier elements are underway. As switching elements, research and development of MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistors), junction FETs, or IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) are being promoted.

非特許文献1には、SiCのpn接合に通電することで、通電時間の経過と共に順方向電圧が増大することが記載されている。   Non-Patent Document 1 describes that the forward voltage increases as the energization time elapses by energizing the SiC pn junction.

M. Skowronski and S. Ha, “Degradation of hexagonal silicon-carbide-based bipolar devices” Journal of Applied Physics 99, 011101 (2006)M. Skowronski and S. Ha, “Degradation of hexagonal silicon-carbide-based bipolar devices” Journal of Applied Physics 99, 011101 (2006)

SiC基板上のエピタキシャル層中にBPD(Basal Plane Dislocation、基底面転位)が形成された場合、BPDが形成された領域に電流を流すとエピタキシャル層内に積層欠陥が生じ、これにより半導体装置の抵抗値が増大する問題が生じる。   When BPD (basal plane dislocation) is formed in the epitaxial layer on the SiC substrate, a stacking fault is generated in the epitaxial layer when a current is passed through the region where the BPD is formed. The problem of increasing values arises.

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。   Of the embodiments disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.

代表的な実施の形態による半導体装置は、SiC素子のコンタクト領域とシリサイド層との配置により、SiC素子のpn接合が通電した際の、素子の周縁領域に流れるpn電流の分布を改善するものである。   A semiconductor device according to a typical embodiment improves the distribution of pn current flowing in the peripheral region of an element when the pn junction of the SiC element is energized by the arrangement of the contact region and the silicide layer of the SiC element. is there.

代表的な実施の形態によれば、SiC素子における抵抗の増大を抑制することができるため、半導体装置の性能を向上させることができる。ひいては、パワーモジュール、電力変換装置、自動車および鉄道車両の性能を向上させることができる。   According to a typical embodiment, since an increase in resistance in the SiC element can be suppressed, the performance of the semiconductor device can be improved. As a result, the performance of a power module, a power converter, a car, and a railway vehicle can be improved.

本発明の実施の形態1である半導体装置の平面図である。It is a top view of the semiconductor device which is Embodiment 1 of this invention. 図1のA−A線、B−B線およびC−C線における断面図である。It is sectional drawing in the AA line of FIG. 1, BB line, and CC line. 本発明の実施の形態1である半導体装置の平面図である。It is a top view of the semiconductor device which is Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1である半導体装置の製造方法を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the manufacturing method of the semiconductor device which is Embodiment 1 of this invention. 図4に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 4. 図5に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 5; 図6に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 6; 図7に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 7; 図8に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 8. 図9に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 9; 図10に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 10; 図11に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 11; 図12に続く半導体装置の製造方法を示す断面図である。FIG. 13 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing the semiconductor device following FIG. 12; 本発明の実施の形態1である半導体装置の変形例の平面図である。It is a top view of the modification of the semiconductor device which is Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2である半導体装置の平面図である。It is a top view of the semiconductor device which is Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3の電力変換装置の回路図である。It is a circuit diagram of the power converter device of Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4の電気自動車の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the electric vehicle of Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態4の昇圧コンバータを示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the boost converter of Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態5である鉄道車両におけるコンバータおよびインバータを示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the converter and inverter in a rail vehicle which are Embodiment 5 of this invention. エピタキシャル層に生じる欠陥を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the defect which arises in an epitaxial layer. エピタキシャル層に生じる欠陥について説明するための、エピタキシャル層の概略図である。It is the schematic of an epitaxial layer for demonstrating the defect which arises in an epitaxial layer. 変形例である半導体装置の平面図である。It is a top view of the semiconductor device which is a modification. 変形例である半導体装置の平面図である。It is a top view of the semiconductor device which is a modification.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、実施の形態では、特に必要なときを除き、同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。また、実施の形態を説明する図面においては、構成を分かりやすくするために、平面図または斜視図等であってもハッチングを付す場合がある。さらに、実施の形態を説明する図面においては、構成を分かりやすくするために、断面図においてハッチングを省略する場合がある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that components having the same function are denoted by the same reference symbols throughout the drawings for describing the embodiments, and the repetitive description thereof will be omitted. In the embodiments, the description of the same or similar parts will not be repeated in principle unless particularly necessary. In the drawings describing the embodiments, hatching may be used even in plan views or perspective views for easy understanding of the configuration. Furthermore, in the drawings for describing the embodiments, hatching may be omitted in the cross-sectional view for easy understanding of the configuration.

また、符号「」および「」は、導電型がn型またはp型の不純物の相対的な濃度を表しており、例えばn型不純物の場合は、「n」、「n」、「n」の順に不純物濃度が高くなる。 The symbols “ ” and “ + ” represent the relative concentrations of impurities of n-type or p-type conductivity. For example, in the case of n-type impurities, “n ”, “n”, “ The impurity concentration increases in the order of “n + ”.

(実施の形態1)
<半導体装置の構成>
以下、本実施の形態の半導体装置である半導体チップの構造について、図1〜図3を用いて説明する。図1は、本実施の形態の半導体装置である半導体チップの平面図である。図2は、図1のA−A線、B−B線およびC−C線における断面図である。図3は、本実施の形態の半導体装置である半導体チップの平面図であって、図1に示す複数の素子が形成される領域よりも上層のパッドの形成層を示すものである。
(Embodiment 1)
<Configuration of semiconductor device>
Hereinafter, the structure of the semiconductor chip which is the semiconductor device of the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a plan view of a semiconductor chip which is a semiconductor device of the present embodiment. 2 is a cross-sectional view taken along lines AA, BB, and CC in FIG. FIG. 3 is a plan view of a semiconductor chip which is a semiconductor device of the present embodiment, and shows a pad formation layer above the region where a plurality of elements shown in FIG. 1 are formed.

図1に示すように、半導体チップ60は半導体基板の表面側に形成されたドリフト層を含むエピタキシャル層64を半導体基板上に有している。図1では、主にエピタキシャル層64の上面を示しており、エピタキシャル層64上のゲート絶縁膜、ゲート電極、層間絶縁膜、コンタクトプラグおよびパッドなどの図示を省略している。図1には、エピタキシャル層64の上面と、当該上面に形成された各種の半導体領域およびシリサイド層のみを示している。   As shown in FIG. 1, the semiconductor chip 60 has an epitaxial layer 64 including a drift layer formed on the surface side of the semiconductor substrate on the semiconductor substrate. In FIG. 1, the upper surface of the epitaxial layer 64 is mainly shown, and illustration of a gate insulating film, a gate electrode, an interlayer insulating film, a contact plug, a pad, and the like on the epitaxial layer 64 is omitted. FIG. 1 shows only the upper surface of the epitaxial layer 64 and various semiconductor regions and silicide layers formed on the upper surface.

図2の左側には、図1のA−A線の断面図であって、SiC(炭化ケイ素)MOSFETを含む半導体チップ60(図1参照)の端部のターミネーション領域1Aの構造を示している。つまり、図2の左側の断面図は、半導体チップ60の周縁部における断面を示すものである。   The left side of FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1 and shows the structure of the termination region 1A at the end of the semiconductor chip 60 (see FIG. 1) including a SiC (silicon carbide) MOSFET. . That is, the cross-sectional view on the left side of FIG. 2 shows a cross section at the peripheral edge of the semiconductor chip 60.

また、図2の中央には、図1のB−B線の断面図であって、SiC基板上に形成されたMOSFET、つまりSiCMOSFETを含む半導体チップ60の中心部の素子領域1Bの構造を示している。つまり、図2の中央の断面図は、半導体チップ60における活性領域の複数のSiCMOSFET(以下、単にMOSFETという場合がある)の断面を示すものである。   2 is a cross-sectional view taken along the line BB of FIG. 1 and shows the structure of the element region 1B at the center of the MOSFET formed on the SiC substrate, that is, the semiconductor chip 60 including the SiC MOSFET. ing. That is, the central cross-sectional view of FIG. 2 shows a cross section of a plurality of SiC MOSFETs (hereinafter sometimes simply referred to as MOSFETs) in the active region of the semiconductor chip 60.

図2の右側には、図1のC−C線の断面図であって、SiC(炭化ケイ素)MOSFETを含む半導体チップ60の端部のターミネーション領域1Cの構造を示している。つまり、図2の右側の断面図は、半導体チップ60の周縁部における断面を示すものである。   The right side of FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line CC of FIG. 1 and shows the structure of the termination region 1C at the end of the semiconductor chip 60 including a SiC (silicon carbide) MOSFET. That is, the right cross-sectional view of FIG. 2 shows a cross section at the peripheral edge of the semiconductor chip 60.

図2において、ターミネーション領域1Aは、n型の六方晶系半導体基板である上記半導体基板(SiC基板)のオフ方向である<11−20>に沿う断面である。ターミネーション領域1Cは、平面視において、上記半導体基板(SiC基板)の<11−20>に対して直交する<1−100>方向に沿う断面である。 In FIG. 2, the termination region 1 </ b> A is a cross section along <11-20> that is the off direction of the semiconductor substrate (SiC substrate) that is an n + -type hexagonal semiconductor substrate. Termination region 1C is a cross section along the <1-100> direction orthogonal to <11-20> of the semiconductor substrate (SiC substrate) in plan view.

図1に示すように、本実施の形態のSiC半導体装置は、セル構造からなる複数のMOSFETが搭載された半導体チップ60を有する。これらのMOSFETを構成するゲート電極(図示しない)およびソース領域81への電位の供給に用いられる各パッドが、図3に示されている。   As shown in FIG. 1, the SiC semiconductor device of the present embodiment has a semiconductor chip 60 on which a plurality of MOSFETs having a cell structure are mounted. FIG. 3 shows each pad used for supplying a potential to the gate electrode (not shown) and the source region 81 constituting these MOSFETs.

図3に示すように、半導体チップ60の上面には、外部の制御回路(図示しない)からゲート電圧が印加されるゲートパッド61が形成されている。ゲートパッド61は、上記MOSFETを構成するゲート電極92(図2参照)に電気的に接続されている。また、半導体チップ60に形成された複数のMOSFETのそれぞれのソース領域は、電気的に並列に接続されており、ソースパッド62に接続されている。つまり、1個のソースパッド62が、複数のソース領域に電気的に接続されている。   As shown in FIG. 3, a gate pad 61 to which a gate voltage is applied from an external control circuit (not shown) is formed on the upper surface of the semiconductor chip 60. The gate pad 61 is electrically connected to a gate electrode 92 (see FIG. 2) that constitutes the MOSFET. The source regions of the plurality of MOSFETs formed on the semiconductor chip 60 are electrically connected in parallel and are connected to the source pad 62. That is, one source pad 62 is electrically connected to a plurality of source regions.

図1に示す半導体チップ60の中央部の素子領域(アクティブ領域)65には、MOSFETの最小単位構造となるユニットセル70が複数個配置されている。各ユニットセル70のゲート電極(図示しない)には、図3に示すゲートパッド61に印加されるゲート電圧が、ゲートパッド61を通じて供給される。なお、図3に示すゲートパッド61の位置並びに個数、またはソースパッド62の形状などは、多種多様なものがあり得るが、本実施の形態の半導体装置の効果に影響を及ぼすものではない。   In the element region (active region) 65 at the center of the semiconductor chip 60 shown in FIG. 1, a plurality of unit cells 70 serving as the minimum unit structure of the MOSFET are arranged. A gate voltage applied to the gate pad 61 shown in FIG. 3 is supplied to the gate electrode (not shown) of each unit cell 70 through the gate pad 61. Note that the position and number of the gate pads 61 shown in FIG. 3 or the shape of the source pads 62 can be various, but this does not affect the effect of the semiconductor device of the present embodiment.

図1に示すように、半導体チップ60は平面視において矩形の形状を有している。つまり、半導体チップ60の外周は、平行な2辺と、それらの2辺に対して直交する2辺とを含む4辺で構成されている。平面視において、半導体チップ60の中央部には素子領域65が存在し、素子領域65の周囲を取り囲むように周縁領域66およびターミネーション領域67が存在する。つまり、平面視において、半導体チップ60を構成する半導体基板上のエピタキシャル層64の上面の中央部から、エピタキシャル層64の上面の端部に向かって、順に素子領域65、周縁領域66およびターミネーション領域67が存在する。   As shown in FIG. 1, the semiconductor chip 60 has a rectangular shape in plan view. That is, the outer periphery of the semiconductor chip 60 is composed of four sides including two parallel sides and two sides orthogonal to the two sides. In plan view, an element region 65 exists in the central portion of the semiconductor chip 60, and a peripheral region 66 and a termination region 67 exist so as to surround the periphery of the element region 65. That is, in plan view, the element region 65, the peripheral region 66, and the termination region 67 are sequentially arranged from the center of the upper surface of the epitaxial layer 64 on the semiconductor substrate constituting the semiconductor chip 60 toward the end of the upper surface of the epitaxial layer 64. Exists.

なお、ターミネーション領域67は、周縁領域66を含む領域である。周縁領域66は、ターミネーション領域67に形成されたJTE(Junction Termination Extension)領域85に電位を供給するための給電部である。   Note that the termination region 67 is a region including the peripheral region 66. The peripheral region 66 is a power feeding unit for supplying a potential to a JTE (Junction Termination Extension) region 85 formed in the termination region 67.

図1に示す周縁領域66は半導体チップ60の周縁部を構成し、平面視において矩形の環状構造を有している。つまり、周縁領域66は、矩形の半導体チップ60の各辺に沿って延在する枠状の構成を有している。言い換えれば、平面視における周縁領域66のレイアウトは、互いに平行な2辺と、それらの2辺に対して直交する2辺とを含む4辺で構成されている。また、ターミネーション領域67は半導体チップ60の終端部であるから、周縁領域66と同様に、矩形の半導体チップ60の各辺に沿って延在する環状構造を有している。   The peripheral region 66 shown in FIG. 1 constitutes the peripheral portion of the semiconductor chip 60 and has a rectangular annular structure in plan view. In other words, the peripheral region 66 has a frame-like configuration extending along each side of the rectangular semiconductor chip 60. In other words, the layout of the peripheral region 66 in plan view is composed of four sides including two sides parallel to each other and two sides orthogonal to the two sides. Further, since the termination region 67 is a terminal portion of the semiconductor chip 60, similarly to the peripheral region 66, the termination region 67 has an annular structure extending along each side of the rectangular semiconductor chip 60.

周縁領域66に囲まれた領域である素子領域65には、ウェル領域80、ソース領域81および第1コンタクト領域82からなるユニットセル70が複数配置されている。ユニットセル70は、MOSFETの最小単位構造である。エピタキシャル層64の上面において、複数のユニットセル70は互いに離間している。平面視において、それぞれのユニットセル70内には、第1コンタクト領域82を中心として、その周囲にソース領域81およびウェル領域80が順に配置されている。   A plurality of unit cells 70 including a well region 80, a source region 81, and a first contact region 82 are arranged in the element region 65, which is a region surrounded by the peripheral region 66. The unit cell 70 is a minimum unit structure of a MOSFET. On the upper surface of the epitaxial layer 64, the plurality of unit cells 70 are separated from each other. In plan view, in each unit cell 70, a source region 81 and a well region 80 are sequentially arranged around the first contact region 82.

つまり、平面視において、第1コンタクト領域82の外側を囲むようにソース領域81が形成され、さらにソース領域81の外側を囲むようにウェル領域80が形成されている。平面視において、第1コンタクト領域82、ソース領域81およびウェル領域80はいずれも矩形の構造を有している。   That is, in plan view, the source region 81 is formed so as to surround the outside of the first contact region 82, and the well region 80 is further formed so as to surround the outside of the source region 81. In plan view, the first contact region 82, the source region 81, and the well region 80 all have a rectangular structure.

第1コンタクト領域82およびソース領域81は互いに隣接しており、第1コンタクト領域82およびソース領域81の境界上を跨がるように、第1コンタクト領域82およびソース領域81の上面に第1シリサイド層95が形成されている。第1シリサイド層95は平面視において矩形構造を有し、ソース領域81の上面の一部および第1コンタクト領域82の上面を覆うように配置されている。半導体装置の構成を分かりやすくするため、図1では、第1シリサイド層95が形成されている領域にハッチングを付している。   The first contact region 82 and the source region 81 are adjacent to each other, and a first silicide is formed on the upper surface of the first contact region 82 and the source region 81 so as to straddle the boundary between the first contact region 82 and the source region 81. A layer 95 is formed. The first silicide layer 95 has a rectangular structure in plan view, and is disposed so as to cover a part of the upper surface of the source region 81 and the upper surface of the first contact region 82. In order to make the configuration of the semiconductor device easy to understand, in FIG. 1, the region where the first silicide layer 95 is formed is hatched.

平面視において、第1コンタクト領域82の全体は、第1シリサイド層95の端部より内側に位置している。つまり、第1コンタクト領域82の上面は全て、平面視において第1シリサイド層95と重なっており、第1シリサイド層95の面積は第1コンタクト領域82の面積より大きい。第1シリサイド層95の面積は例えば5μmである。 In plan view, the entire first contact region 82 is located inside the end of the first silicide layer 95. That is, the entire upper surface of the first contact region 82 overlaps the first silicide layer 95 in plan view, and the area of the first silicide layer 95 is larger than the area of the first contact region 82. The area of the first silicide layer 95 is, for example, 5 μm 2 .

ここでは、ユニットセル70を平面視において正四角形の構造を有するものとして示しているが、これに限らず、例えばユニットセル70の形状は長方形または多角形などでもよい。また、図1ではユニットセル70を5個のみ示しているが、実際には素子領域65内において、より多数のユニットセル70が配置されている。   Here, the unit cell 70 is shown as having a regular tetragonal structure in plan view, but the present invention is not limited to this, and the shape of the unit cell 70 may be, for example, a rectangle or a polygon. Although only five unit cells 70 are shown in FIG. 1, more unit cells 70 are actually arranged in the element region 65.

また、ここでは複数のユニットセル70を、半導体チップ60の端部の平行する2辺に平行な第1方向に並べて配置し、そのようにして設けた列を、第1方向に直交する方向において複数配置している。さらに、第2方向において隣り合う列同士のユニットセル70を、第1方向において半周期ずらして互い違いに配列している。しかし、これに限らず、縦横において等ピッチで複数のユニットセル70を配置してもよい。つまり、複数のユニットセル70はマトリクス状に配置されていてもよい。   Here, a plurality of unit cells 70 are arranged side by side in a first direction parallel to two parallel sides of the end portion of the semiconductor chip 60, and the columns thus provided are arranged in a direction orthogonal to the first direction. Several are arranged. Further, the unit cells 70 in the columns adjacent in the second direction are alternately arranged with a half cycle shift in the first direction. However, the present invention is not limited to this, and a plurality of unit cells 70 may be arranged at equal pitches in the vertical and horizontal directions. That is, the plurality of unit cells 70 may be arranged in a matrix.

周縁領域66内において、エピタキシャル層64の上面に環状の第2コンタクト領域83が形成されており、第2コンタクト領域83の上面の一部に、第2シリサイド層98が形成されている。つまり、第2コンタクト領域83の上面の他の一部は、平面視において第2シリサイド層98と重なっていない。<11−20>方向において、第2コンタクト領域83の両端の上面は、半導体チップ60の端部側および中央側において第2シリサイド層98から露出している。   In the peripheral region 66, an annular second contact region 83 is formed on the upper surface of the epitaxial layer 64, and a second silicide layer 98 is formed on a part of the upper surface of the second contact region 83. That is, the other part of the upper surface of the second contact region 83 does not overlap the second silicide layer 98 in plan view. In the <11-20> direction, the upper surfaces of both ends of the second contact region 83 are exposed from the second silicide layer 98 on the end side and the center side of the semiconductor chip 60.

半導体装置の構成を分かりやすくするため、図1では、第2シリサイド層98が形成されている領域にハッチングを付している。ここでいう周縁領域66は、平面視において第2コンタクト領域83と重なる領域を指す。つまり、周縁領域66のレイアウトは、第2コンタクト領域83の形成領域により規定されている。   In order to make the configuration of the semiconductor device easy to understand, in FIG. 1, the region where the second silicide layer 98 is formed is hatched. The peripheral region 66 here refers to a region overlapping the second contact region 83 in plan view. That is, the layout of the peripheral region 66 is defined by the formation region of the second contact region 83.

本実施の形態の半導体装置では、半導体チップ60の外周の4辺のそれぞれに沿う周縁領域66内において、第2コンタクト領域83が環状に形成されている。これに対し、第2シリサイド層98は環状構造を有しておらず、矩形の周縁領域66の所定の延在部の直上においてのみ形成されている。   In the semiconductor device of the present embodiment, the second contact region 83 is formed in an annular shape in the peripheral region 66 along each of the four outer peripheral sides of the semiconductor chip 60. On the other hand, the second silicide layer 98 does not have an annular structure, and is formed only immediately above a predetermined extension portion of the rectangular peripheral region 66.

すなわち、n型の六方晶系半導体基板である上記半導体基板(SiC基板)を含む半導体チップは、平面視において、<11−20>方向に沿う2辺と、<1−100>方向に沿う2辺とを有する矩形の形状を有している。周縁領域66に形成された第2コンタクト領域83は、<11−20>方向に沿って延在する第1延在部E1および第2延在部E2と、第1延在部E1および第2延在部E2のそれぞれの端部に接続された、<1−100>方向に沿って延在する第3延在部E3および第4延在部E4とを有している。すなわち、第2コンタクト領域83は、第1延在部E1、第2延在部E2、第3延在部E3および第4延在部E4を環状に繋げた構造を有している。 That is, a semiconductor chip including the semiconductor substrate (SiC substrate) which is an n + -type hexagonal semiconductor substrate has two sides along the <11-20> direction and the <1-100> direction in plan view. It has a rectangular shape with two sides. The second contact region 83 formed in the peripheral region 66 includes a first extension portion E1 and a second extension portion E2 extending along the <11-20> direction, and a first extension portion E1 and a second extension portion E2. It has the 3rd extension part E3 and the 4th extension part E4 which were connected to each edge part of the extension part E2, and extended along the <1-100> direction. That is, the second contact region 83 has a structure in which the first extending portion E1, the second extending portion E2, the third extending portion E3, and the fourth extending portion E4 are connected in an annular shape.

第2コンタクト領域83を構成する部分のうち、第1延在部E1および第2延在部E2は、平面視において<11−20>方向となす角が、平面視において<1−100>方向となす角よりも小さい方向に延在する部分である。第3延在部E3および第4延在部E4は、平面視において<11−20>方向となす角が、平面視において<1−100>方向となす角よりも大きい方向に延在する部分である。言い換えれば、第1延在部E1および第2延在部E2のそれぞれの延在方向が<11−20>方向となす角度は、第3延在部E3および第4延在部E4のそれぞれの延在方向が<11−20>方向となす角度よりも小さい。   Among the portions constituting the second contact region 83, the first extending portion E1 and the second extending portion E2 have an angle between the <11-20> direction in the plan view and the <1-100> direction in the plan view. It is a part extending in a direction smaller than the angle between the two. The third extending portion E3 and the fourth extending portion E4 are portions extending in a direction in which the angle formed with the <11-20> direction in plan view is larger than the angle formed with the <1-100> direction in plan view. It is. In other words, the angles formed by the extending directions of the first extending portion E1 and the second extending portion E2 with the <11-20> direction are the respective angles of the third extending portion E3 and the fourth extending portion E4. The extending direction is smaller than the angle formed with the <11-20> direction.

なお、ここでいう<11−20>方向とは、図1の左側から右側に向かう方向であり、<11−20>方向において、第3延在部E3および第4延在部E4が順に配置されている。また、ここでいう<1−100>方向とは、図1の下側から上側に向かう方向であり、<1−100>方向において、第1延在部E1および第2延在部E2が順に配置されている。   Here, the <11-20> direction is a direction from the left side to the right side in FIG. 1, and in the <11-20> direction, the third extending portion E3 and the fourth extending portion E4 are sequentially arranged. Has been. Further, the <1-100> direction referred to here is a direction from the lower side to the upper side in FIG. 1, and in the <1-100> direction, the first extending portion E1 and the second extending portion E2 are in order. Has been placed.

同一方向に延在する第1延在部E1および第2延在部E2は、素子領域65を挟んで互いに離間している。つまり、第1延在部E1および第2延在部E2は互いに平行な位置関係にある。同一方向に延在する第3延在部E3および第4延在部E4は、素子領域65を挟んで互いに離間している。つまり、第3延在部E3および第4延在部E4は互いに平行な位置関係にある。第1延在部E1の長手方向の一方の端部は、第3延在部E3の一方の端部に接続され、第1延在部E1の他方の端部は、第4延在部E4の一方の端部に接続されており、第2延在部E2の長手方向の一方の端部は、第3延在部E3の他方の端部に接続され、第2延在部E2の他方の端部は、第4延在部E4の他方の端部に接続されている。   The first extending portion E1 and the second extending portion E2 extending in the same direction are separated from each other with the element region 65 interposed therebetween. That is, the first extending portion E1 and the second extending portion E2 are in a positional relationship parallel to each other. The third extending portion E3 and the fourth extending portion E4 extending in the same direction are separated from each other with the element region 65 interposed therebetween. That is, the 3rd extension part E3 and the 4th extension part E4 have a mutually parallel positional relationship. One end portion in the longitudinal direction of the first extending portion E1 is connected to one end portion of the third extending portion E3, and the other end portion of the first extending portion E1 is connected to the fourth extending portion E4. One end of the second extending portion E2 in the longitudinal direction is connected to the other end of the third extending portion E3, and the other end of the second extending portion E2. Is connected to the other end of the fourth extending portion E4.

ここで、第2シリサイド層98が形成されているのは、第3延在部E3および第4延在部E4のそれぞれの上面のみであって、第1延在部E1および第2延在部E2のそれぞれの上面には第2シリサイド層98が形成されていない。すなわち、第2シリサイド層98は、周縁領域66において2箇所のみに形成され、第3延在部E3および第4延在部E4のそれぞれの直上において、<1−100>方向に沿って延在している。   Here, the second silicide layer 98 is formed only on the upper surfaces of the third extending portion E3 and the fourth extending portion E4, and the first extending portion E1 and the second extending portion. The second silicide layer 98 is not formed on each upper surface of E2. That is, the second silicide layer 98 is formed at only two locations in the peripheral region 66, and extends along the <1-100> direction immediately above the third extending portion E3 and the fourth extending portion E4. doing.

このため、平面視において、第3延在部E3または第4延在部E4の上面に形成された第2シリサイド層98の面積は、第1延在部E1または第2延在部E2の上面に形成された第2シリサイド層98の面積よりも大きい。このことは、仮に第1延在部E1または第2延在部E2の上面に第2シリサイド層98が形成されていたとしても、同様である。図示はしていないが、第2シリサイド層98が形成された領域の直上には、接続部であるコンタクトプラグ97が形成されており、コンタクトプラグ97は、第2シリサイド層98を介して第2コンタクト領域83に電気的に接続されている。   Therefore, in plan view, the area of the second silicide layer 98 formed on the upper surface of the third extending portion E3 or the fourth extending portion E4 is the upper surface of the first extending portion E1 or the second extending portion E2. It is larger than the area of the second silicide layer 98 formed in the above. This is the same even if the second silicide layer 98 is formed on the upper surface of the first extending portion E1 or the second extending portion E2. Although not shown, a contact plug 97 as a connection portion is formed immediately above the region where the second silicide layer 98 is formed. The contact plug 97 is connected to the second silicide layer 98 via the second silicide layer 98. The contact region 83 is electrically connected.

図2のターミネーション領域1Aは、第3延在部E3を含む領域であり、第4延在部E4もターミネーション領域1Aと同様の構造を有している。また、図2のターミネーション領域1Cは、第1延在部E1を含む領域であり、第2延在部E2もターミネーション領域1Cと同様の構造を有している。   The termination region 1A in FIG. 2 is a region including the third extending portion E3, and the fourth extending portion E4 has the same structure as that of the termination region 1A. Further, the termination region 1C in FIG. 2 is a region including the first extension portion E1, and the second extension portion E2 has the same structure as the termination region 1C.

図2に示すように、本実施の形態の半導体チップ60(図1参照)は、n型の六方晶系半導体基板であるSiC基板63を有している。SiC基板63上には、SiC基板63よりも不純物濃度が低いSiCからなるn型のドリフト層を含むエピタキシャル層64が形成されている。SiC基板63およびエピタキシャル層64は、n型不純物(例えば窒素(N)またはリン(P))を含んでいる。素子領域1Bにおいて、エピタキシャル層64の上面には、複数のnチャネル型のMOSFETセル構造が形成されている。 As shown in FIG. 2, the semiconductor chip 60 (see FIG. 1) of the present embodiment has a SiC substrate 63 that is an n + -type hexagonal semiconductor substrate. An epitaxial layer 64 including an n type drift layer made of SiC having an impurity concentration lower than that of SiC substrate 63 is formed on SiC substrate 63. SiC substrate 63 and epitaxial layer 64 contain n-type impurities (for example, nitrogen (N) or phosphorus (P)). In the element region 1 </ b> B, a plurality of n-channel MOSFET cell structures are formed on the upper surface of the epitaxial layer 64.

また、半導体チップ60(図1参照)の主面の反対側の裏面側には、上記MOSFETのドレイン配線用電極90が形成されている。具体的には、SiC基板63の裏面には、n型の半導体領域であるドレイン領域84が形成されており、ドレイン領域84の底面に接して、第3シリサイド層100が形成されている。つまり、SiC基板63の裏面は第3シリサイド層100に覆われている。第3シリサイド層100の底面、つまりSiC基板63側と逆側の面は、ドレイン配線用電極90により覆われている。 Further, the drain wiring electrode 90 of the MOSFET is formed on the back surface side opposite to the main surface of the semiconductor chip 60 (see FIG. 1). Specifically, a drain region 84 that is an n + type semiconductor region is formed on the back surface of the SiC substrate 63, and the third silicide layer 100 is formed in contact with the bottom surface of the drain region 84. That is, the back surface of the SiC substrate 63 is covered with the third silicide layer 100. The bottom surface of the third silicide layer 100, that is, the surface opposite to the SiC substrate 63 side is covered with the drain wiring electrode 90.

素子領域1Bでは、エピタキシャル層64の上面から所定の深さで、p型の半導体領域であるウェル領域80が複数形成されている。ウェル領域80は、p型不純物(例えばアルミニウム(Al)またはホウ素(B))が導入された半導体領域である。各ウェル領域80内には、エピタキシャル層64の上面から所定の深さで、n型の半導体領域であるソース領域81が形成されている。ソース領域81は、n型不純物(例えば窒素(N)またはリン(P))が導入された半導体領域である。 In the element region 1B, a plurality of well regions 80, which are p-type semiconductor regions, are formed at a predetermined depth from the upper surface of the epitaxial layer 64. The well region 80 is a semiconductor region into which a p-type impurity (for example, aluminum (Al) or boron (B)) is introduced. In each well region 80, a source region 81 that is an n + type semiconductor region is formed at a predetermined depth from the upper surface of the epitaxial layer 64. The source region 81 is a semiconductor region into which an n-type impurity (for example, nitrogen (N) or phosphorus (P)) is introduced.

また、各ウェル領域80内には、エピタキシャル層64の上面から所定の深さで、p型の半導体領域である第1コンタクト領域82が形成されている。第1コンタクト領域82はウェル領域の電位を固定するために設けられた領域であり、ソース領域81とほぼ同様の深さを有している。第1コンタクト領域82は、p型不純物(例えばアルミニウム(Al)またはホウ素(B))が導入された半導体領域である。第1コンタクト領域82は、隣接するソース領域81により両側から挟まれるように配置されている。また、第1コンタクト領域82の底部、並びにソース領域81の底部および側面は、ウェル領域80に覆われている。 In each well region 80, a first contact region 82, which is a p + type semiconductor region, is formed at a predetermined depth from the upper surface of the epitaxial layer 64. The first contact region 82 is a region provided for fixing the potential of the well region and has substantially the same depth as the source region 81. The first contact region 82 is a semiconductor region into which a p-type impurity (for example, aluminum (Al) or boron (B)) is introduced. The first contact region 82 is disposed so as to be sandwiched from both sides by the adjacent source region 81. The bottom of the first contact region 82 and the bottom and side surfaces of the source region 81 are covered with the well region 80.

エピタキシャル層64の上面には、ウェル領域80、ソース領域81および第1コンタクト領域82からなるユニットセル70が複数形成されており、ユニットセル70同士は互いに離間している。隣り合うユニットセル70同士の間のエピタキシャル層64上には、ゲート絶縁膜91を介してゲート電極92が形成されており、ゲート絶縁膜91の端部の上面、ゲート電極92の側壁および上面は、層間絶縁膜93により覆われている。各ゲート電極92を覆う層間絶縁膜93同士の間の開口部68において、第1コンタクト領域82およびソース領域81は、ゲート絶縁膜91、ゲート電極92および層間絶縁膜93に覆われていない。つまり、ゲート絶縁膜91、ゲート電極92および層間絶縁膜93はユニットセル70の上面に達する開口部68を有しており、開口部68の底部では、第1コンタクト領域82およびソース領域81が露出している。   A plurality of unit cells 70 including a well region 80, a source region 81, and a first contact region 82 are formed on the upper surface of the epitaxial layer 64, and the unit cells 70 are separated from each other. A gate electrode 92 is formed on the epitaxial layer 64 between adjacent unit cells 70 via a gate insulating film 91, and the upper surface of the end of the gate insulating film 91, the side walls and the upper surface of the gate electrode 92 are The interlayer insulating film 93 is covered. In the opening 68 between the interlayer insulating films 93 that cover the gate electrodes 92, the first contact region 82 and the source region 81 are not covered with the gate insulating film 91, the gate electrode 92, and the interlayer insulating film 93. That is, the gate insulating film 91, the gate electrode 92, and the interlayer insulating film 93 have the opening 68 reaching the upper surface of the unit cell 70, and the first contact region 82 and the source region 81 are exposed at the bottom of the opening 68. doing.

素子領域1Bにおける層間絶縁膜93の開口部68、つまりコンタクトホール内の底部で露出するソース領域81の一部および第1コンタクト領域82のそれぞれの表面上には、第1シリサイド層95が形成されている。ソース領域81の一部および第1コンタクト領域82に接する第1シリサイド層95上の開口部68には、接続部であるコンタクトプラグ94が埋め込まれている。複数の開口部68に埋め込まれた複数のコンタクトプラグ94のそれぞれは、層間絶縁膜93に形成されたソース配線用電極96と一体となっている。ソース配線用電極96は、ソースパッド62(図3参照)に電気的に接続されている。ここでは、後述のパッシベーション膜99から露出するソース配線用電極96の上面自体がソースパッド62を構成している。   A first silicide layer 95 is formed on each surface of the opening 68 of the interlayer insulating film 93 in the element region 1B, that is, a part of the source region 81 exposed at the bottom of the contact hole and the first contact region 82. ing. A contact plug 94, which is a connection portion, is embedded in a part of the source region 81 and the opening 68 on the first silicide layer 95 in contact with the first contact region 82. Each of the plurality of contact plugs 94 embedded in the plurality of openings 68 is integrated with a source wiring electrode 96 formed in the interlayer insulating film 93. The source wiring electrode 96 is electrically connected to the source pad 62 (see FIG. 3). Here, the upper surface of the source wiring electrode 96 exposed from the passivation film 99 described later constitutes the source pad 62.

ソース領域81の一部および第1コンタクト領域82は、第1シリサイド層95を介して、コンタクトプラグ94に対しオーミック性を有するように電気的に接続されている。よって、ソース領域81の一部および第1コンタクト領域82は、第1シリサイド層95、コンタクトプラグ94、およびソース配線用電極96を介して、ソースパッド62に接続されている。同様に、ゲート電極92には、図示しない領域においてコンタクトプラグが接続され、ゲート電極92は当該コンタクトプラグおよびゲート配線用電極を介してゲートパッド61(図3参照)に電気的に接続されている。   A part of the source region 81 and the first contact region 82 are electrically connected to the contact plug 94 through the first silicide layer 95 so as to have ohmic properties. Therefore, a part of the source region 81 and the first contact region 82 are connected to the source pad 62 via the first silicide layer 95, the contact plug 94, and the source wiring electrode 96. Similarly, a contact plug is connected to the gate electrode 92 in a region not shown, and the gate electrode 92 is electrically connected to the gate pad 61 (see FIG. 3) via the contact plug and the gate wiring electrode. .

ターミネーション領域1A、1Cにおいて、層間絶縁膜93およびソース配線用電極96はパッシベーション膜99により覆われている。これに対し、素子領域1Bのソース配線用電極96の上面はパッシベーション膜99から露出している。素子領域1Bの一部の領域であって、図示していない領域において、ゲート電極92に接続されたゲート配線用電極の上面は、パッシベーション膜99から露出しており、ゲートパッド61(図3参照)を構成している。   In the termination regions 1 </ b> A and 1 </ b> C, the interlayer insulating film 93 and the source wiring electrode 96 are covered with a passivation film 99. On the other hand, the upper surface of the source wiring electrode 96 in the element region 1B is exposed from the passivation film 99. In a part of the element region 1B and not shown, the upper surface of the gate wiring electrode connected to the gate electrode 92 is exposed from the passivation film 99, and the gate pad 61 (see FIG. 3). ).

本実施の形態の半導体チップに形成されたMOSFETは、少なくともゲート電極92と、ソース領域81と、ドレイン領域84を有している。MOSFETを動作させる際には、ゲート電極92に所定の電圧を印加してMOSFETをオンさせることで、電位の高いドレインから電位の低いソースに電流を流す。当該MOSFETのチャネル領域は、p型の半導体領域であるウェル領域80内の上部に形成される。つまり、MOSFETを駆動させる際の電流は、ドレイン配線用電極90から流れて、エピタキシャル層64内であってゲート絶縁膜91の近傍の領域を通り、エピタキシャル層64の上面近傍のウェル領域80内であってゲート電極92の直下の領域を通って、ソース領域81へ流れる。   The MOSFET formed on the semiconductor chip of this embodiment has at least a gate electrode 92, a source region 81, and a drain region 84. When the MOSFET is operated, a predetermined voltage is applied to the gate electrode 92 to turn on the MOSFET, so that a current flows from a high potential drain to a low potential source. The channel region of the MOSFET is formed in the upper portion of the well region 80 which is a p-type semiconductor region. That is, the current for driving the MOSFET flows from the drain wiring electrode 90, passes through the region in the epitaxial layer 64 near the gate insulating film 91, and in the well region 80 near the upper surface of the epitaxial layer 64. Thus, it flows to the source region 81 through the region directly under the gate electrode 92.

ターミネーション領域1A、1Cには、エピタキシャル層64の上面から所定の深さで、p型の半導体領域である第2コンタクト領域83が形成されている。また、ターミネーション領域1A、1Cには、エピタキシャル層64の上面から所定の深さで、p型の半導体領域であるJTE領域85が形成されている。第2コンタクト領域83およびJTE領域85は、p型不純物(例えばアルミニウム(Al)またはホウ素(B))が導入された半導体領域である。JTE領域85は第2コンタクト領域83よりも深く形成されており、第2コンタクト領域83はJTE領域85内に形成されている。つまり、第2コンタクト領域83の底面および側壁は、JTE領域85に覆われている。 In the termination regions 1A and 1C, a second contact region 83 which is a p + type semiconductor region is formed at a predetermined depth from the upper surface of the epitaxial layer 64. In the termination regions 1A and 1C, a JTE region 85, which is a p-type semiconductor region, is formed at a predetermined depth from the upper surface of the epitaxial layer 64. The second contact region 83 and the JTE region 85 are semiconductor regions into which a p-type impurity (for example, aluminum (Al) or boron (B)) is introduced. The JTE region 85 is formed deeper than the second contact region 83, and the second contact region 83 is formed in the JTE region 85. That is, the bottom surface and the side wall of the second contact region 83 are covered with the JTE region 85.

第2コンタクト領域83はターミネーション領域の電位固定のために形成された領域であり、また、JTE領域85に電位を供給するための領域である。つまり、第2コンタクト領域83を介してJTE領域85に電位を印加することによって、逆方向電圧印加時の終端領域での電界集中を緩和し、半導体チップの耐圧を高く維持することができる。ここでは、半導体チップのターミネーション構造として、JTE領域を形成した構造について説明するが、半導体チップの電界を緩和するためにターミネーション構造は、例えば平面視において素子領域を環状に囲むp型の半導体領域を複数本有するFLR(Field Limiting Ring)構造などであってもよい。   The second contact region 83 is a region formed for fixing the potential of the termination region, and is a region for supplying a potential to the JTE region 85. That is, by applying a potential to the JTE region 85 via the second contact region 83, the electric field concentration in the termination region when applying a reverse voltage can be alleviated and the breakdown voltage of the semiconductor chip can be kept high. Here, a description will be given of a structure in which a JTE region is formed as a termination structure of a semiconductor chip. However, in order to reduce the electric field of the semiconductor chip, the termination structure includes, for example, a p-type semiconductor region that annularly surrounds an element region in plan view. A plurality of FLR (Field Limiting Ring) structures may be used.

ターミネーション領域1A、1Cのエピタキシャル層64上には、絶縁膜89を介して層間絶縁膜93が形成されている。ターミネーション領域1Aにおいて層間絶縁膜93および絶縁膜89は開口部69を有しており、開口部69の底部では、第2コンタクト領域83の上面が層間絶縁膜93および絶縁膜89から露出している。これに対し、ターミネーション領域1Cでは、層間絶縁膜93および絶縁膜89は開口部を有しておらず、第2コンタクト領域83の上面は全て層間絶縁膜93および絶縁膜89に覆われている。   An interlayer insulating film 93 is formed on the epitaxial layers 64 in the termination regions 1A and 1C with an insulating film 89 interposed therebetween. In the termination region 1A, the interlayer insulating film 93 and the insulating film 89 have an opening 69. At the bottom of the opening 69, the upper surface of the second contact region 83 is exposed from the interlayer insulating film 93 and the insulating film 89. . On the other hand, in the termination region 1C, the interlayer insulating film 93 and the insulating film 89 do not have openings, and the upper surfaces of the second contact regions 83 are all covered with the interlayer insulating film 93 and the insulating film 89.

なお、第2コンタクト領域83の不純物濃度と、第1コンタクト領域82の不純物濃度とが等しくない場合および等しい場合のいずれにおいても、それぞれの領域の不純物濃度は、例えば1×1018cm−3〜1×1020cm−3である。 In both cases where the impurity concentration of the second contact region 83 and the impurity concentration of the first contact region 82 are not equal or equal, the impurity concentration of each region is, for example, 1 × 10 18 cm −3 to 1 × 10 20 cm −3 .

ターミネーション領域1Aにおいて、層間絶縁膜93の開口部69には接続部であるコンタクトプラグ97が埋め込まれており、開口部69の底面には第2シリサイド層98が形成されている。つまり、開口部69の底部において、第2コンタクト領域83の上面およびJTE領域85の上面は第2シリサイド層98を介してコンタクトプラグ97に接している。第2コンタクト領域83は、第2シリサイド層98を介してコンタクトプラグ97に対しオーミック性を有するように電気的に接続されている。   In the termination region 1 </ b> A, a contact plug 97 as a connection portion is embedded in the opening 69 of the interlayer insulating film 93, and a second silicide layer 98 is formed on the bottom surface of the opening 69. That is, at the bottom of the opening 69, the upper surface of the second contact region 83 and the upper surface of the JTE region 85 are in contact with the contact plug 97 through the second silicide layer 98. The second contact region 83 is electrically connected to the contact plug 97 through the second silicide layer 98 so as to have an ohmic property.

これに対し、ターミネーション領域1Cの第2コンタクト領域83の上面には第2シリサイド層98が形成されておらず、当該第2コンタクト領域83の直上にコンタクトプラグ97は形成されていない。ターミネーション領域1Cの第2コンタクト領域83上には、絶縁膜89および層間絶縁膜93を介してソース配線用電極96が形成されている。ターミネーション領域1Cにおいて、ソース配線用電極96と第2コンタクト領域83とはオーミックに接続されていない。   In contrast, the second silicide layer 98 is not formed on the upper surface of the second contact region 83 in the termination region 1 </ b> C, and the contact plug 97 is not formed immediately above the second contact region 83. On the second contact region 83 in the termination region 1C, a source wiring electrode 96 is formed through an insulating film 89 and an interlayer insulating film 93. In the termination region 1C, the source wiring electrode 96 and the second contact region 83 are not ohmically connected.

コンタクトプラグ97は層間絶縁膜93上のソース配線用電極96と一体となっている。また、コンタクトプラグ94、97およびソース配線用電極96並びにターミネーション領域1Cのソース配線用電極96は一体になっており、一の金属膜からなる。したがって、第2コンタクト領域83は、第2シリサイド層98、コンタクトプラグ97およびソース配線用電極96を介して、ソースパッド62(図3参照)に電気的に接続されている。   The contact plug 97 is integrated with the source wiring electrode 96 on the interlayer insulating film 93. Further, the contact plugs 94 and 97, the source wiring electrode 96, and the source wiring electrode 96 in the termination region 1C are integrated, and are made of one metal film. Therefore, the second contact region 83 is electrically connected to the source pad 62 (see FIG. 3) via the second silicide layer 98, the contact plug 97, and the source wiring electrode 96.

本実施の形態において、第1コンタクト領域82に電位を供給する場合には、MOSFETの内蔵ダイオード(内蔵pnダイオード)のpn接合にpn電流が流れる。また、第2コンタクト領域83に電位を供給する場合には、ターミネーション領域1Aの内蔵ダイオードのpn接合にpn電流が流れる。ここでいうMOSFETの内蔵ダイオードとは、例えばp型の第1コンタクト領域82に接続されているp型のウェル領域80と、n型のエピタキシャル層64との間のpn接合部分を指す。また、ここでいうターミネーション領域1Aの内蔵ダイオードとは、例えばp型の第2コンタクト領域83に接続されているp型のJTE領域85と、n型のエピタキシャル層64との間のpn接合部分を指す。なお、本願ではエピタキシャル層64を含む基板内のpn接続に流れる電流をpn電流と呼ぶ。 In the present embodiment, when a potential is supplied to the first contact region 82, a pn current flows through the pn junction of the MOSFET built-in diode (built-in pn diode). In addition, when a potential is supplied to the second contact region 83, a pn current flows through the pn junction of the built-in diode in the termination region 1A. The MOSFET built-in diode here refers to a pn junction between the p-type well region 80 connected to the p + -type first contact region 82 and the n -type epitaxial layer 64, for example. Further, the built-in diode in the termination region 1 </ b > A here is, for example, a pn junction between the p-type JTE region 85 connected to the p + -type second contact region 83 and the n -type epitaxial layer 64. Refers to the part. In the present application, a current flowing through a pn connection in the substrate including the epitaxial layer 64 is referred to as a pn current.

ターミネーション領域1Cのp型の第2コンタクト領域83に接続されているp型のJTE領域85と、n型のエピタキシャル層64との間のpn接合部分は、ターミネーション領域1Cの内蔵ダイオードを構成する。しかし、ターミネーション領域1Cの第2コンタクト領域83の上面には第2シリサイド層98が形成されておらず、ソース配線用電極96と第2コンタクト領域83とはオーミックに接続されていないため、第1コンタクト領域82および第2コンタクト領域83に電位を供給するなどして素子領域のMOSFETを動作させても、ターミネーション領域1Cの内蔵ダイオードにpn電流は流れない。 The pn junction portion between the p-type JTE region 85 connected to the p + -type second contact region 83 in the termination region 1C and the n -type epitaxial layer 64 constitutes a built-in diode in the termination region 1C. To do. However, the second silicide layer 98 is not formed on the upper surface of the second contact region 83 in the termination region 1C, and the source wiring electrode 96 and the second contact region 83 are not ohmically connected. Even if the MOSFET in the element region is operated by supplying a potential to the contact region 82 and the second contact region 83, no pn current flows through the built-in diode in the termination region 1C.

<半導体装置の製造方法>
本実施の形態における半導体装置の製造方法について、図4〜図13を用いて工程順に説明する。図4〜図13は本実施の形態の半導体装置の製造工程を説明する断面図である。図4〜図13では、図の左側に半導体装置の周縁領域であるターミネーション領域1Aの断面を示し、図の中央にMOSFETが形成される素子領域1Bの断面を示し、図の右側に半導体装置の周縁領域であるターミネーション領域1Cの断面を示す。図4〜図13に示すターミネーション領域1A、1Cおよび素子領域1Bのそれぞれの断面は、図1および図2を用いて説明した位置と同じ位置における断面である。
<Method for Manufacturing Semiconductor Device>
A method for manufacturing a semiconductor device in this embodiment will be described in the order of steps with reference to FIGS. 4 to 13 are cross-sectional views illustrating the manufacturing process of the semiconductor device of the present embodiment. 4 to 13, the cross section of the termination region 1A, which is the peripheral region of the semiconductor device, is shown on the left side of the figure, the cross section of the element region 1B in which the MOSFET is formed is shown in the center of the figure, The cross section of termination area | region 1C which is a peripheral area | region is shown. The cross sections of the termination regions 1A and 1C and the element region 1B shown in FIGS. 4 to 13 are cross sections at the same positions as described with reference to FIGS.

まず、図4に示すように、n型のSiC基板63を準備する。SiC基板63にはn型の不純物が比較的高い濃度で導入されている。このn型不純物は例えば窒素(N)であり、このn型不純物の不純物濃度は例えば、1×1017〜1×1019cm−3である。SiC基板63の主面は例えば{0001}面である。 First, as shown in FIG. 4, an n + type SiC substrate 63 is prepared. An n-type impurity is introduced into SiC substrate 63 at a relatively high concentration. The n-type impurity is, for example, nitrogen (N), and the impurity concentration of the n-type impurity is, for example, 1 × 10 17 to 1 × 10 19 cm −3 . The main surface of the SiC substrate 63 is, for example, a {0001} plane.

次に、SiC基板63の主面上に、エピタキシャル成長法によりSiCのn型の半導体層であるエピタキシャル層64を形成する。エピタキシャル層64には、SiC基板63の不純物濃度よりも低いn型不純物が導入されている。エピタキシャル層64の不純物濃度は、素子の定格耐圧に依存し、例えば1×1014〜1×1017cm−3である。また、エピタキシャル層64の厚さは例えば3〜80μmである。具体的なエピタキシャル層64の厚さは、例えば30μmである。 Next, an epitaxial layer 64 that is an n - type semiconductor layer of SiC is formed on the main surface of SiC substrate 63 by epitaxial growth. The epitaxial layer 64 is doped with an n-type impurity lower than the impurity concentration of the SiC substrate 63. The impurity concentration of the epitaxial layer 64 depends on the rated breakdown voltage of the element and is, for example, 1 × 10 14 to 1 × 10 17 cm −3 . Moreover, the thickness of the epitaxial layer 64 is 3-80 micrometers, for example. A specific thickness of the epitaxial layer 64 is, for example, 30 μm.

次に、図5に示すように、エピタキシャル層64の上面上に、マスク10を形成する。マスク10はターミネーション領域1A、1Cのそれぞれのエピタキシャル層64の上面の一部を露出する膜である。マスク10の厚さは、例えば0.5〜5.0μm程度である。マスク10の材料には、例えばSiO(酸化シリコン)またはフォトレジストなどを用いる。 Next, as shown in FIG. 5, a mask 10 is formed on the upper surface of the epitaxial layer 64. The mask 10 is a film that exposes a part of the upper surface of each epitaxial layer 64 in the termination regions 1A, 1C. The thickness of the mask 10 is, for example, about 0.5 to 5.0 μm. As a material of the mask 10, for example, SiO 2 (silicon oxide) or a photoresist is used.

次に、上部にマスク10が形成されたエピタキシャル層64に対し、p型不純物(例えばアルミニウム(Al))をイオン注入する。これにより、ターミネーション領域1A、1Cのそれぞれのエピタキシャル層64の上面に、p型の半導体領域であるJTE領域85を形成する。JTE領域85のエピタキシャル層64の上面からの深さは、例えば0.5〜2.0μm程度である。また、JTE領域85の不純物濃度は、例えば1×1016〜5×1019cm−3である。 Next, a p-type impurity (for example, aluminum (Al)) is ion-implanted into the epitaxial layer 64 having the mask 10 formed thereon. Thereby, a JTE region 85 which is a p-type semiconductor region is formed on the upper surface of each epitaxial layer 64 of the termination regions 1A and 1C. The depth of the JTE region 85 from the upper surface of the epitaxial layer 64 is, for example, about 0.5 to 2.0 μm. Further, the impurity concentration of the JTE region 85 is, for example, 1 × 10 16 to 5 × 10 19 cm −3 .

次に、図6に示すように、マスク10を除去した後、エピタキシャル層64の上面上に、マスク11を形成する。マスク11は素子領域1Bのエピタキシャル層64の上面の複数の箇所を露出する膜である。マスク11の厚さは、例えば1.0〜5.0μm程度である。マスク11の材料には、例えばSiOまたはフォトレジストなどを用いる。 Next, as shown in FIG. 6, after removing the mask 10, the mask 11 is formed on the upper surface of the epitaxial layer 64. The mask 11 is a film exposing a plurality of locations on the upper surface of the epitaxial layer 64 in the element region 1B. The thickness of the mask 11 is, for example, about 1.0 to 5.0 μm. For example, SiO 2 or photoresist is used as the material of the mask 11.

次に、上部にマスク11が形成されたエピタキシャル層64に対し、p型不純物(例えばアルミニウム(Al))をイオン注入する。これにより、素子領域1Bのエピタキシャル層64の上面に、p型の半導体領域であるウェル領域80を複数形成する。ウェル領域80のエピタキシャル層64の上面からの深さは、例えば0.5〜2.0μm程度である。また、ウェル領域80の不純物濃度は、例えば1×1016〜1×1019cm−3である。 Next, a p-type impurity (for example, aluminum (Al)) is ion-implanted into the epitaxial layer 64 on which the mask 11 is formed. Thereby, a plurality of well regions 80 which are p-type semiconductor regions are formed on the upper surface of the epitaxial layer 64 in the element region 1B. The depth of the well region 80 from the upper surface of the epitaxial layer 64 is, for example, about 0.5 to 2.0 μm. The impurity concentration of the well region 80 is, for example, 1 × 10 16 to 1 × 10 19 cm −3 .

次に、図7に示すように、マスク11を除去した後、エピタキシャル層64の上面上に、マスク12を形成する。マスク12の厚さは、例えば0.5〜2.0μm程度である。マスク12の材料には、例えばSiOまたはフォトレジストなどを用いる。 Next, as shown in FIG. 7, after removing the mask 11, the mask 12 is formed on the upper surface of the epitaxial layer 64. The thickness of the mask 12 is, for example, about 0.5 to 2.0 μm. For example, SiO 2 or a photoresist is used as the material of the mask 12.

次に、上部にマスク12が形成されたエピタキシャル層64に対し、n型不純物(例えば窒素(N))をイオン注入する。これにより、素子領域1Bのエピタキシャル層64の上面に、n型の半導体領域であるソース領域81を複数形成する。各ソース領域81は、ウェル領域80の平面視における中央部に形成する。各ソース領域81のエピタキシャル層64の上面からの深さは、例えば0.05〜1.0μm程度である。また、ソース領域81の不純物濃度は、例えば1×1018〜1×1020cm−3である。 Next, n-type impurities (for example, nitrogen (N)) are ion-implanted into the epitaxial layer 64 having the mask 12 formed thereon. Thereby, a plurality of source regions 81 which are n + type semiconductor regions are formed on the upper surface of the epitaxial layer 64 in the element region 1B. Each source region 81 is formed in the center of the well region 80 in plan view. The depth of each source region 81 from the upper surface of the epitaxial layer 64 is, for example, about 0.05 to 1.0 μm. Further, the impurity concentration of the source region 81 is, for example, 1 × 10 18 to 1 × 10 20 cm −3 .

次に、図8に示すように、マスク12を除去した後、エピタキシャル層64の上面上に、マスク13を形成する。マスク13の厚さは、例えば0.5〜2.0μm程度である。マスク13の材料には、例えばSiOまたはフォトレジストなどを用いる。 Next, as shown in FIG. 8, after removing the mask 12, the mask 13 is formed on the upper surface of the epitaxial layer 64. The thickness of the mask 13 is, for example, about 0.5 to 2.0 μm. For example, SiO 2 or photoresist is used as the material of the mask 13.

次に、上部にマスク13が形成されたエピタキシャル層64に対し、p型不純物(例えばアルミニウム(Al))をイオン注入する。これにより、素子領域1Bのエピタキシャル層64の上面にp型の半導体領域である第1コンタクト領域82を複数形成し、ターミネーション領域1A、1Cのエピタキシャル層64の上面にp型の半導体領域である第2コンタクト領域83を形成する。各第1コンタクト領域82は、各ソース領域81の平面視における中央部に形成する。第2コンタクト領域83は、JTE領域85の上面に形成する。平面視において、第2コンタクト領域83は矩形の環状構造を有し、素子領域1Bを囲むように形成される。 Next, a p-type impurity (for example, aluminum (Al)) is ion-implanted into the epitaxial layer 64 having the mask 13 formed thereon. Thereby, the first contact region 82 is a semiconductor region of p + -type plurality formed on the upper surface of the epitaxial layer 64 in the element region 1B, termination region 1A, the upper surface of the epitaxial layer 64 of 1C in p + -type semiconductor region A certain second contact region 83 is formed. Each first contact region 82 is formed at the center of each source region 81 in plan view. The second contact region 83 is formed on the upper surface of the JTE region 85. In plan view, the second contact region 83 has a rectangular annular structure and is formed so as to surround the element region 1B.

第1コンタクト領域82および第2コンタクト領域83の、エピタキシャル層64の上面からの深さは、例えば0.05〜2.0μm程度である。また、第1コンタクト領域82と第2コンタクト領域83との不純物濃度は、例えば1×1018〜1×1020cm−3である。ここで、平面視における第2コンタクト領域83の面積は、各第1コンタクト領域82の面積より大きい。 The depth of the first contact region 82 and the second contact region 83 from the upper surface of the epitaxial layer 64 is, for example, about 0.05 to 2.0 μm. Further, the impurity concentration of the first contact region 82 and the second contact region 83 is, for example, 1 × 10 18 to 1 × 10 20 cm −3 . Here, the area of the second contact region 83 in plan view is larger than the area of each first contact region 82.

次に、図9に示すように、マスク13を除去した後エピタキシャル層64の上面上に、保護膜となるマスク14を形成する。その後、SiC基板63の裏面にn型不純物(例えば窒素(N))をイオン注入する。これにより、SiC基板63の裏面にn型の半導体領域であるドレイン領域84を形成する。ドレイン領域84の、SiC基板63の裏面からの深さは、例えば0.05〜2.0μm程度である。またドレイン領域84の不純物濃度は、1×1019〜1×1021cm−3である。 Next, as shown in FIG. 9, after removing the mask 13, a mask 14 serving as a protective film is formed on the upper surface of the epitaxial layer 64. Thereafter, n-type impurities (for example, nitrogen (N)) are ion-implanted into the back surface of the SiC substrate 63. Thereby, a drain region 84 which is an n + type semiconductor region is formed on the back surface of the SiC substrate 63. The depth of the drain region 84 from the back surface of the SiC substrate 63 is, for example, about 0.05 to 2.0 μm. The impurity concentration of the drain region 84 is 1 × 10 19 to 1 × 10 21 cm −3 .

次に、図示は省略するが、全てのマスクを除去し、エピタキシャル層64の上面およびSiC基板63裏面のそれぞれに接するように、例えばプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いて炭素(C)膜を堆積する。炭素(C)膜の厚さは、例えば0.03〜0.05μm程度である。上記のようにして、炭素(C)膜によりSiCエピタキシャル層64の上面およびSiC基板63の裏面を被覆した後、1500度以上の温度で、2〜3分程度の熱処理を施す。これにより、SiCエピタキシャル層64の上面と、SiC基板63の裏面にイオン注入した各不純物の活性化を行う。その後、上記炭素(C)膜を、例えばプラズマ処理により除去する。   Next, although not shown in the figure, the carbon (C) film is removed by using, for example, a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method so that all masks are removed and the upper surface of the epitaxial layer 64 and the back surface of the SiC substrate 63 are in contact with each other. To deposit. The thickness of the carbon (C) film is, for example, about 0.03 to 0.05 μm. As described above, the upper surface of the SiC epitaxial layer 64 and the back surface of the SiC substrate 63 are covered with the carbon (C) film, and then heat treatment is performed at a temperature of 1500 ° C. or more for about 2 to 3 minutes. Thereby, each impurity ion-implanted into the upper surface of SiC epitaxial layer 64 and the back surface of SiC substrate 63 is activated. Thereafter, the carbon (C) film is removed by, for example, plasma processing.

次に、図10に示すように、エピタキシャル層64の上面上に、絶縁膜89およびn型の多結晶Si膜を順に形成した後、多結晶Si膜上にマスク15を形成する。絶縁膜89および多結晶Si膜は、例えばCVD法により形成する。マスク15は、エピタキシャル層64の上面において隣り合う第1コンタクト領域82同士の間に形成する。続いて、マスク15を用いたドライエッチング法により、多結晶Si膜を加工することで、多結晶Si膜からなるゲート電極92を形成する。絶縁膜89の厚さは、例えば0.05〜0.15μm程度である。ゲート電極92の厚さは、例えば、0.2〜0.5μm程度である。   Next, as shown in FIG. 10, an insulating film 89 and an n-type polycrystalline Si film are sequentially formed on the upper surface of the epitaxial layer 64, and then a mask 15 is formed on the polycrystalline Si film. The insulating film 89 and the polycrystalline Si film are formed by, for example, a CVD method. The mask 15 is formed between adjacent first contact regions 82 on the upper surface of the epitaxial layer 64. Subsequently, the polycrystalline Si film is processed by a dry etching method using the mask 15 to form a gate electrode 92 made of the polycrystalline Si film. The thickness of the insulating film 89 is, for example, about 0.05 to 0.15 μm. The thickness of the gate electrode 92 is, for example, about 0.2 to 0.5 μm.

次に、図11に示すように、マスク15を除去した後、エピタキシャル層64の上面上に、ゲート電極92および絶縁膜89を覆うように、例えばプラズマCVD法により層間絶縁膜93を形成する。その後、マスク16を用いて、層間絶縁膜93および絶縁膜89をドライエッチング法により加工することで、エピタキシャル層64の上面を露出させる。   Next, as shown in FIG. 11, after removing the mask 15, an interlayer insulating film 93 is formed on the upper surface of the epitaxial layer 64 by, for example, a plasma CVD method so as to cover the gate electrode 92 and the insulating film 89. Thereafter, the upper surface of the epitaxial layer 64 is exposed by processing the interlayer insulating film 93 and the insulating film 89 by a dry etching method using the mask 16.

これにより、素子領域1Bにおいて、絶縁膜89からなるゲート絶縁膜91をゲート電極92および層間絶縁膜93の直下に形成する。また、上記エッチング工程により、素子領域1Bの層間絶縁膜93には、ソース領域81の一部および第1コンタクト領域82のそれぞれの上面が露出する開口部68が層間絶縁膜93に形成され、ターミネーション領域1Aの層間絶縁膜93には、第2コンタクト領域83の上面の一部が露出する開口部69が形成される。ターミネーション領域1Cに開口部は形成されず、第2コンタクト領域83は層間絶縁膜93から露出しない。   Thereby, the gate insulating film 91 made of the insulating film 89 is formed immediately below the gate electrode 92 and the interlayer insulating film 93 in the element region 1B. Further, by the etching process, an opening 68 is formed in the interlayer insulating film 93 in the element region 1B so that a part of the source region 81 and the upper surface of each of the first contact regions 82 are exposed in the interlayer insulating film 93. An opening 69 is formed in the interlayer insulating film 93 in the region 1A so that a part of the upper surface of the second contact region 83 is exposed. No opening is formed in the termination region 1 </ b> C, and the second contact region 83 is not exposed from the interlayer insulating film 93.

以上により、MOSFETの最小単位構造であるユニットセル70が複数形成される。複数のユニットセル70のそれぞれは、互いに隣接するウェル領域80、ソース領域81および第1コンタクト領域82と、当該ウェル領域80の直上にゲート絶縁膜91を介して形成されたゲート電極92とを有している。   Thus, a plurality of unit cells 70 which are the minimum unit structure of the MOSFET are formed. Each of the plurality of unit cells 70 has a well region 80, a source region 81, and a first contact region 82 that are adjacent to each other, and a gate electrode 92 that is formed immediately above the well region 80 via a gate insulating film 91. doing.

次に、図12に示すように、マスク16を除去した後、素子領域1Bの開口部68の底部と、ターミネーション領域1Aの開口部69の底面とに、それぞれ第1シリサイド層95と第2シリサイド層98とを形成する。   Next, as shown in FIG. 12, after the mask 16 is removed, a first silicide layer 95 and a second silicide layer are formed on the bottom of the opening 68 in the element region 1B and the bottom of the opening 69 in the termination region 1A, respectively. Layer 98 is formed.

第1シリサイド層95と第2シリサイド層98とを形成する際には、まず、露出しているエピタキシャル層64を覆うように、例えばスパッタリング法により第1金属(例えばニッケル(Ni))膜を堆積する。この第1金属膜の厚さは、例えば0.05μm程度である。続いて、600〜1000℃のシリサイド化熱処理を施すことにより、素子領域1Bの開口部68の底面とターミネーション領域1Aの開口部69の底面において、第1金属膜とエピタキシャル層64とを反応させて、例えばニッケルシリサイド(NiSi)からなる第1シリサイド層95および第2シリサイド層98をそれぞれ形成する。   When forming the first silicide layer 95 and the second silicide layer 98, first, a first metal (for example, nickel (Ni)) film is deposited by, eg, sputtering so as to cover the exposed epitaxial layer 64. To do. The thickness of the first metal film is, for example, about 0.05 μm. Subsequently, by performing a silicidation heat treatment at 600 to 1000 ° C., the first metal film and the epitaxial layer 64 are reacted at the bottom surface of the opening 68 in the element region 1B and the bottom surface of the opening 69 in the termination region 1A. For example, a first silicide layer 95 and a second silicide layer 98 made of nickel silicide (NiSi) are formed.

ここで、ターミネーション領域1Cの第2コンタクト領域83の上面は露出していないため、当該第2コンタクト領域83の上面には第2シリサイド層98は形成されない。   Here, since the upper surface of the second contact region 83 in the termination region 1 </ b> C is not exposed, the second silicide layer 98 is not formed on the upper surface of the second contact region 83.

次に、図13に示すように、第1シリサイド層95に達する開口部68、第2シリサイド層98に達する開口部69、およびゲート電極92に達する開口部(図示しない)のそれぞれの内部を埋め込むように、層間絶縁膜93上に、第2金属(例えばチタン(Ti))膜、窒化チタン(TiN)膜およびアルミニウム(Al)膜を順に積層する。アルミニウム(Al)膜の厚さは、例えば1.0μm以上が好ましい。続いて、上記の第2金属膜、窒化チタン膜およびアルミニウム膜からなる積層膜を加工することにより、当該積層膜からなるコンタクトプラグ94、97、ソース配線用電極96およびゲート配線用電極(図示しない)を形成する。   Next, as shown in FIG. 13, the inside of each of the opening 68 reaching the first silicide layer 95, the opening 69 reaching the second silicide layer 98, and the opening (not shown) reaching the gate electrode 92 is embedded. As described above, a second metal (for example, titanium (Ti)) film, a titanium nitride (TiN) film, and an aluminum (Al) film are sequentially stacked on the interlayer insulating film 93. The thickness of the aluminum (Al) film is preferably 1.0 μm or more, for example. Subsequently, by processing the laminated film made of the second metal film, the titanium nitride film and the aluminum film, contact plugs 94 and 97 made of the laminated film, source wiring electrodes 96 and gate wiring electrodes (not shown). ).

ソース配線用電極96またはゲート配線用電極は層間絶縁膜93上の上記積層膜からなり、コンタクトプラグ94は開口部68内の上記積層膜からなり、コンタクトプラグ97は開口部69内の上記積層膜からなる。ソース配線用電極96は第1シリサイド層95および第2シリサイド層98を介して第1コンタクト領域82および第2コンタクト領域83に対してオーミック性を有するように電気的に接続されている。また、図示しないゲート配線用電極は、ゲート電極92と電気的に接続されている。   The source wiring electrode 96 or the gate wiring electrode is made of the laminated film on the interlayer insulating film 93, the contact plug 94 is made of the laminated film in the opening 68, and the contact plug 97 is made of the laminated film in the opening 69. Consists of. The source wiring electrode 96 is electrically connected to the first contact region 82 and the second contact region 83 through the first silicide layer 95 and the second silicide layer 98 so as to have ohmic properties. A gate wiring electrode (not shown) is electrically connected to the gate electrode 92.

次に、SiO膜またはポリイミド膜からなる絶縁膜をゲート配線用電極およびソース配線用電極96を覆うように成膜し、当該絶縁膜を加工してパッシベーション膜99を形成する。ここでは、パッシベーション膜99はターミネーション領域1A、1Cを覆い、素子領域1Bにおいて開口している。 Next, an insulating film made of a SiO 2 film or a polyimide film is formed so as to cover the gate wiring electrode and the source wiring electrode 96, and the passivation film 99 is formed by processing the insulating film. Here, the passivation film 99 covers the termination regions 1A and 1C and opens in the element region 1B.

次に、SiC基板63の裏面に、例えばスパッタリング法により第3金属膜を成膜し、レーザーシリサイド化熱処理を施すことにより、第3金属膜とSiC基板63とを反応させて、第3シリサイド層100を形成する。第3シリサイド層100は、ドレイン領域84の下面と接している。第3金属膜の厚さは、例えば0.1μm程度である。続いて、第3シリサイド層100の底面を覆うように、ドレイン配線用電極90を形成する。ドレイン配線用電極90は、第3シリサイド層100側から順にチタン(Ti)膜、ニッケル(Ni)膜および金(Au)膜を積層して形成した0.5〜1μmの積層膜により構成される。   Next, a third metal film is formed on the back surface of the SiC substrate 63 by, for example, a sputtering method and subjected to a laser silicidation heat treatment, whereby the third metal film and the SiC substrate 63 are reacted to form a third silicide layer. 100 is formed. The third silicide layer 100 is in contact with the lower surface of the drain region 84. The thickness of the third metal film is, for example, about 0.1 μm. Subsequently, a drain wiring electrode 90 is formed so as to cover the bottom surface of the third silicide layer 100. The drain wiring electrode 90 is composed of a 0.5 to 1 μm laminated film formed by laminating a titanium (Ti) film, a nickel (Ni) film, and a gold (Au) film in this order from the third silicide layer 100 side. .

その後、SiC基板63をダイシング工程により切削することで個片化し、これにより複数の半導体チップを得る。以上により、図1、図2および図3に示すSiCMOSFETを含む本実施の形態の半導体チップ60が完成する。   Thereafter, the SiC substrate 63 is cut into pieces by a dicing process, thereby obtaining a plurality of semiconductor chips. Thus, the semiconductor chip 60 of the present embodiment including the SiC MOSFET shown in FIGS. 1, 2, and 3 is completed.

<本実施の形態の効果>
次に、本実施の形態1による半導体装置の効果について、図20〜図23を用いて説明する。
<Effects of the present embodiment>
Next, the effect of the semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.

図20はエピタキシャル層に生じる各種の欠陥を示す断面図である。図20には半導体基板およびその上のエピタキシャル層の断面を示している。図20では、基板などに生じる欠陥の構成を分かりやすくするため、ハッチングを省略している。   FIG. 20 is a cross-sectional view showing various defects generated in the epitaxial layer. FIG. 20 shows a cross section of the semiconductor substrate and the epitaxial layer thereon. In FIG. 20, hatching is omitted for easy understanding of the structure of defects generated in the substrate or the like.

図21は、半導体基板上のエピタキシャル層に生じるショックレー型積層欠陥について説明するための、半導体基板上のエピタキシャル層の概略図である。図21の右側には、エピタキシャル層内に生じるショックレー型積層欠陥の平面図を示している。図21の左側にはSiC半導体基板(ウェハ)の概略の斜視図を示し、その中央部に半導体基板の一部の長方形の部分を示している。図21の左側に示す楕円はエピタキシャル層であり、その下の半導体基板の図示は省略している。図22および図23は、比較例として示す半導体装置の平面図である。   FIG. 21 is a schematic view of an epitaxial layer on a semiconductor substrate for explaining Shockley type stacking faults occurring in the epitaxial layer on the semiconductor substrate. The right side of FIG. 21 shows a plan view of Shockley type stacking faults occurring in the epitaxial layer. A schematic perspective view of the SiC semiconductor substrate (wafer) is shown on the left side of FIG. 21, and a rectangular portion of a part of the semiconductor substrate is shown in the center. An ellipse shown on the left side of FIG. 21 is an epitaxial layer, and a semiconductor substrate thereunder is not shown. 22 and 23 are plan views of a semiconductor device shown as a comparative example.

素子製造に使用される4H−SiCの結晶中に存在する線欠陥には、積層欠陥成長の核となる基底面転位(Basal Plane Dislocation:BPD)があり、その他に、貫通らせん転位(TSD:Threading Screw Dislocation)および貫通刃状転位(TED:Threading Edge Dislocation)がある。ここで、基板に含まれる線欠陥のエピタキシャル成長における伝播の様子を図20に示す。図20では、BPDを実線で示し、TSDを破線で示し、TEDを点線で示している。また、図20には、エピタキシャル層64の上面に形成したp型半導体領域88を示している。 Line defects present in 4H-SiC crystals used for device fabrication include basal plane dislocation (BPD), which is the nucleus of stacking fault growth, and threading screw dislocation (TSD: Threading). There are Screw Dislocation) and Threading Edge Dislocation (TED). Here, the state of propagation in the epitaxial growth of the line defects contained in the substrate is shown in FIG. In FIG. 20, BPD is indicated by a solid line, TSD is indicated by a broken line, and TED is indicated by a dotted line. FIG. 20 shows a p + type semiconductor region 88 formed on the upper surface of the epitaxial layer 64.

BPDには2つの種類がある。すなわち、基板内に元々存在しているBPDと、半導体装置の製造工程(p型不純物注入工程)により作り出されるBPDとがある。基板内に元々存在しているBPDは、図20に実線で示すように、SiC基板63に多数存在し、エピタキシャル成長中にその殆どがTEDに変換されてエピタキシャル層64に伝播する。なお、一部のBPDは、エピタキシャル層64内へ伝搬し得る。   There are two types of BPDs. That is, there are BPD originally present in the substrate and BPD produced by a semiconductor device manufacturing process (p-type impurity implantation process). As shown by the solid line in FIG. 20, many BPDs originally present in the substrate exist in the SiC substrate 63, and most of them are converted to TED and propagate to the epitaxial layer 64 during epitaxial growth. A part of the BPD can propagate into the epitaxial layer 64.

これは、SiC半導体基板上にエピタキシャル層を形成する半導体装置において、SiCのエピタキシャル成長の方法として、結晶軸を{0001}基底面から<11−20>方向に数度(例えば4度または8度など)傾けた面上でステップフロー成長を用いるためである。したがって、SiCの結晶中に存在し、積層欠陥成長の核となるBPDは、エピタキシャル成長したエピタキシャル層(ドリフト層)中において、SiC基板63の主面から数度傾いた斜め方向に伝播する。   In a semiconductor device in which an epitaxial layer is formed on a SiC semiconductor substrate, as a method for epitaxial growth of SiC, the crystal axis is several degrees (for example, 4 degrees or 8 degrees) from the {0001} basal plane in the <11-20> direction. This is because step flow growth is used on an inclined surface. Therefore, the BPD that exists in the SiC crystal and becomes the nucleus of the stacking fault growth propagates in an oblique direction inclined several degrees from the main surface of the SiC substrate 63 in the epitaxially grown epitaxial layer (drift layer).

TEDおよびTSDは、SiC基板63の主面に対して垂直な方向に伝搬する転位であり、半導体装置の素子抵抗および順方向電圧の増大の原因となることが殆ど無い。また、TEDおよびTSDは、積層欠陥への拡張性がない転位である。したがって、TEDおよびTSDはBPDに比べ、半導体装置の特性に対し悪影響を殆ど与えない。   TED and TSD are dislocations propagating in a direction perpendicular to the main surface of SiC substrate 63, and hardly cause an increase in element resistance and forward voltage of the semiconductor device. Further, TED and TSD are dislocations that do not expand to stacking faults. Therefore, TED and TSD have little adverse effect on the characteristics of the semiconductor device as compared with BPD.

2種類のBPDのうち、半導体装置の製造工程(p型不純物注入工程)により作り出されるBPDは、例えば以下のような場合に発生する。すなわち、図20に示すように、エピタキシャル層64の上面に対してp型不純物を打ち込み、例えば1×1020cm−3程度の高い不純物濃度を有するp型半導体領域88をエピタキシャル層64の上面に形成した場合に、当該注入工程に起因して、p型半導体領域88の端部にBPDが発生する。BPDは、p型不純物が打ち込まれた領域であるp型半導体領域88と、p型不純物が打ち込まれていないエピタキシャル層64との界面近傍に形成される。 Of the two types of BPDs, BPD produced by a semiconductor device manufacturing process (p-type impurity implantation process) occurs, for example, in the following cases. That is, as shown in FIG. 20, p-type impurities are implanted into the upper surface of the epitaxial layer 64, and a p + -type semiconductor region 88 having a high impurity concentration, for example, about 1 × 10 20 cm −3 is formed on the upper surface of the epitaxial layer 64. In this case, BPD is generated at the end of the p + type semiconductor region 88 due to the implantation step. The BPD is formed in the vicinity of the interface between the p + type semiconductor region 88 that is a region where p-type impurities are implanted and the epitaxial layer 64 where no p-type impurities are implanted.

当該BPDの発生は、基板表面にp型不純物を打ち込んだ場合であって、かつ、当該不純物の濃度が高い場合に起こりやすい。これに対し、打ち込むp型不純物の濃度が例えば1×1018cm−3未満の場合は、BPDが発生しにくい。また、BPDは、p型不純物を打ち込む領域の面積が大きい場合に発生しやすい。したがって、例えば半導体チップのターミネーション領域に、給電のためのコンタクト領域として高濃度かつ大面積のp型半導体領域88を形成した場合、BPDが発生しやすくなる。 The BPD is likely to occur when a p-type impurity is implanted into the substrate surface and the impurity concentration is high. On the other hand, when the concentration of the implanted p-type impurity is, for example, less than 1 × 10 18 cm −3 , BPD hardly occurs. BPD is likely to occur when the area of the region into which the p-type impurity is implanted is large. Therefore, for example, when a high-concentration and large-area p + -type semiconductor region 88 is formed as a contact region for power supply in the termination region of a semiconductor chip, BPD is likely to occur.

次に、図21を用いて、半導体装置の製造工程(p型不純物注入工程)により作り出されるBPDおよびエピタキシャル層64内で成長する積層欠陥の形状について説明する。図21に示すように、p型半導体領域88とエピタキシャル層64との界面近傍に形成されたBPDは、エピタキシャル層表面側の頂点N1を基点として発生し、Siコアを有するショックレー型部分転位SITと、Cコアを有するショックレー型部分転位CTとの2本に別れる。つまり、Siコアを有するショックレー型部分転位SIT、および、Cコアを有するショックレー型部分転位CTは、いずれもBPDである。 Next, the shape of stacking faults grown in the BPD and epitaxial layer 64 created in the semiconductor device manufacturing process (p-type impurity implantation process) will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 21, the BPD formed in the vicinity of the interface between the p + type semiconductor region 88 and the epitaxial layer 64 is generated from the vertex N1 on the epitaxial layer surface side as a base point, and the Shockley partial dislocation having the Si core There are two types: SIT and Shockley-type partial dislocation CT having a C core. That is, the Shockley partial dislocation SIT having the Si core and the Shockley partial dislocation CT having the C core are both BPDs.

ここで、エピタキシャル層64内のpn接合への通電によって注入された電子と正孔とがBPDにおいて再結合すると、放出されたエネルギーにより、Siコアを有するショックレー型部分転位SITが、ショックレー型積層欠陥を広げる方向に動く。上記の2本のショックレー型部分転位に挟まれた箇所に、ショックレー型積層欠陥と呼ばれる面欠陥が発生する。   Here, when electrons and holes injected by energization of the pn junction in the epitaxial layer 64 are recombined in the BPD, the released energy causes the Shockley type partial dislocation SIT having the Si core to be converted into the Shockley type. Move in the direction of spreading stacking faults. A plane defect called a Shockley type stacking fault occurs at a location between the two Shockley type partial dislocations.

図21に示すように、ショックレー型積層欠陥SDは、エピタキシャル層64の上面からドリフト層を突き抜けて、エピタキシャル層64の底面、つまりエピタキシャル層64のSiC基板側の面にまで達する。ここでは図を分かりやすくするため、面欠陥であるショックレー型積層欠陥SDにハッチングを付している。   As shown in FIG. 21, Shockley type stacking fault SD penetrates the drift layer from the upper surface of epitaxial layer 64 and reaches the bottom surface of epitaxial layer 64, that is, the surface of epitaxial layer 64 on the SiC substrate side. Here, in order to make the figure easy to understand, the Shockley type stacking fault SD which is a surface defect is hatched.

図21の右側の平面図に示すように、平面視において、Siコアを有するショックレー型部分転位SITと、Cコアを有するショックレー型部分転位CTとなす角は120度である。ショックレー型積層欠陥SDは、図21の右側の平面図に示す実線の二等辺三角形の形状で形成される。ここでは、BPDの基点が頂点N1である場合について説明したが、頂点N2も積層欠陥発生の基点となり得る。   As shown in the plan view on the right side of FIG. 21, the angle formed between the Shockley partial dislocation SIT having the Si core and the Shockley partial dislocation CT having the C core is 120 degrees in plan view. The Shockley-type stacking fault SD is formed in the shape of a solid isosceles triangle shown in the plan view on the right side of FIG. Here, the case where the base point of the BPD is the vertex N1 has been described, but the vertex N2 can also be a base point for occurrence of stacking faults.

ターミネーション領域に内蔵ダイオードが形成されている場合、当該内蔵ダイオードに順方向電流(pn電流)を流すと、例えばp型半導体領域88(図20参照)の端部の頂点N1またはN2を基点として生じたBPDにおいてホールが再結合し、その再結合エネルギーにより基板内の結晶にずれが生じる。この結晶のずれにより、基板内にショックレー型積層欠陥SDが発生する。 When a built-in diode is formed in the termination region, when a forward current (pn current) is passed through the built-in diode, for example, the apex N1 or N2 at the end of the p + type semiconductor region 88 (see FIG. 20) is used as a base point. Holes recombine in the generated BPD, and the recombination energy causes a shift in crystals in the substrate. Due to this crystal shift, a Shockley-type stacking fault SD is generated in the substrate.

このようにしてエピタキシャル層64の上面に生じたBPDおよびショックレー型積層欠陥SDは、pn電流を流し続けることで、エピタキシャル層64の上面から基板側に向かって斜め方向に成長する。エピタキシャル層64の上面に対し、BPDおよびショックレー型積層欠陥SDが延びる角度、つまりオフ角度θ(図20参照)は、例えば4度または8度などである。BPDおよびショックレー型積層欠陥SDは、それらの一部である頂点N3が基板の主面に達するまで成長し続ける。   The BPD and the Shockley type stacking fault SD generated on the upper surface of the epitaxial layer 64 in this way grow in an oblique direction from the upper surface of the epitaxial layer 64 toward the substrate side by continuing to pass a pn current. The angle at which the BPD and Shockley stacking fault SD extend with respect to the upper surface of the epitaxial layer 64, that is, the off-angle θ (see FIG. 20) is, for example, 4 degrees or 8 degrees. The BPD and the Shockley type stacking fault SD continue to grow until the vertex N3 which is a part of them reaches the main surface of the substrate.

図22に、比較例として、ショックレー型積層欠陥SDが成長する様子を平面図で示す。ここでは、半導体チップ60の周縁領域66に沿って環状の第2シリサイド層98aが形成されている。図22では、半導体チップ60のターミネーション領域67に形成された第2コンタクト領域83にBPDの核(基点である頂点N1)が形成された場合において、当該核からBPDおよびショックレー型積層欠陥SDが成長する様子を三段階に分けて図の左から順に示している。   FIG. 22 is a plan view showing a state in which Shockley-type stacking fault SD grows as a comparative example. Here, an annular second silicide layer 98 a is formed along the peripheral region 66 of the semiconductor chip 60. In FIG. 22, when the BPD nucleus (the apex N1 as the base point) is formed in the second contact region 83 formed in the termination region 67 of the semiconductor chip 60, the BPD and the Shockley-type stacking fault SD are formed from the nucleus. The state of growth is shown in three stages in order from the left.

図22に示すように、第2コンタクト領域83の端部である頂点N1にBPDが生じた状態で、第2コンタクト領域83にpn電流を流すと、頂点N1からBPDおよびショックレー型積層欠陥SDが徐々に大きくなる。これにより、エピタキシャル層64内では、エピタキシャル層64の上面に生じたBPDがエピタキシャル層64の底面に向かって斜め方向に直線状に伝搬すると共に、ショックレー型積層欠陥SDがエピタキシャル層64の底面に向かって斜め方向に拡がる。   As shown in FIG. 22, when a pn current is passed through the second contact region 83 in a state where BPD is generated at the vertex N1 that is the end portion of the second contact region 83, BPD and Shockley type stacking fault SD are generated from the vertex N1. Gradually increases. Thereby, in the epitaxial layer 64, BPD generated on the upper surface of the epitaxial layer 64 propagates linearly in an oblique direction toward the bottom surface of the epitaxial layer 64, and Shockley-type stacking fault SD is formed on the bottom surface of the epitaxial layer 64. It spreads in an oblique direction.

図23に、比較例として、半導体チップ60の周縁領域66に沿って環状の第2シリサイド層98aが形成されている場合に、エピタキシャル層64内に形成されるショックレー型の積層欠陥SD1〜SD4の例を示す。図23に示す比較例の半導体装置では、矩形の環状構造を有する第2コンタクト領域83の直上に、矩形の環状構造を有する第2シリサイド層98aが形成されている。つまり、第2コンタクト領域83を構成する第1延在部E1、第2延在部E2、第3延在部E3および第4延在部E4のそれぞれの上面に第2シリサイド層98aが形成されている。   In FIG. 23, as a comparative example, when the annular second silicide layer 98a is formed along the peripheral region 66 of the semiconductor chip 60, Shockley type stacking faults SD1 to SD4 formed in the epitaxial layer 64 are shown. An example of In the semiconductor device of the comparative example shown in FIG. 23, a second silicide layer 98a having a rectangular annular structure is formed immediately above the second contact region 83 having a rectangular annular structure. That is, the second silicide layer 98a is formed on the upper surface of each of the first extension part E1, the second extension part E2, the third extension part E3, and the fourth extension part E4 constituting the second contact region 83. ing.

ここでは、第2コンタクト領域83の形成時に第2コンタクト領域83の端部にBPDが形成され、その後、第2シリサイド層98aを介して第2コンタクト領域83に電位を供給してエピタキシャル層64内にpn電流を流したことにより、積層欠陥SD1〜SD4が成長している。積層欠陥SD1は、第2コンタクト領域83の第1延在部E1を基点として成長した欠陥である。同様に、積層欠陥SD2、SD3およびSD4は、第2コンタクト領域83の第2延在部E2、第3延在部E3および第4延在部E4のそれぞれを基点として成長した欠陥である。   Here, when the second contact region 83 is formed, a BPD is formed at the end of the second contact region 83, and thereafter, a potential is supplied to the second contact region 83 via the second silicide layer 98a so that the epitaxial layer 64 has an internal potential. The stacking faults SD <b> 1 to SD <b> 4 are grown by passing a pn current through. The stacking fault SD1 is a defect grown from the first extending portion E1 of the second contact region 83 as a base point. Similarly, the stacking faults SD2, SD3, and SD4 are defects that have grown from the second extending portion E2, the third extending portion E3, and the fourth extending portion E4 of the second contact region 83 as base points.

平面視において、いずれの積層欠陥SD1〜SD4も、基点よりも<11−20>方向の逆側の方向、つまり、<−1−120>方向に向かって成長する。したがって、<−1−120>方向において素子領域65よりも半導体チップ60の端部側に位置する第3延在部E3から成長した積層欠陥SD3は、平面視において素子領域65と重ならない。   In plan view, any stacking fault SD1 to SD4 grows in the direction opposite to the <11-20> direction from the base point, that is, in the <-1-120> direction. Therefore, the stacking fault SD3 grown from the third extending portion E3 located on the end side of the semiconductor chip 60 with respect to the element region 65 in the <-1-120> direction does not overlap with the element region 65 in plan view.

また、<11−20>方向において素子領域65よりも半導体チップ60の端部側に位置する第4延在部E4から成長した積層欠陥SD4の一部は、平面視において素子領域65と重なる。ここで、例えば、上記オフ角度θ(図20参照)が4度であって、エピタキシャル層64の膜厚が30μmである場合、<11−20>方向におけるショックレー型積層欠陥の最大幅L1(図22参照)は、430μmとなる。430μmは半導体チップの幅に対して極小さい大きさであるため、平面視において積層欠陥SD4と素子領域65と重なる面積は非常に小さい。   Further, a part of the stacking fault SD4 grown from the fourth extending portion E4 located on the end side of the semiconductor chip 60 with respect to the element region 65 in the <11-20> direction overlaps the element region 65 in plan view. Here, for example, when the off-angle θ (see FIG. 20) is 4 degrees and the film thickness of the epitaxial layer 64 is 30 μm, the maximum width L1 of the Shockley-type stacking fault in the <11-20> direction ( 22) is 430 μm. Since 430 μm is extremely small with respect to the width of the semiconductor chip, the area where the stacking fault SD4 and the element region 65 overlap is very small in plan view.

また、上記オフ角度θが4度であって、エピタキシャル層64の膜厚が30μmである場合、<1−100>方向におけるショックレー型積層欠陥の最大幅L2(図22参照)は、1486μmとなる。このため、第1延在部E1または第2延在部E2に生じたBPDを基点として形成される積層欠陥SD1、SD2は、それぞれ平面視において素子領域65と大きく重なって形成される。このような積層欠陥SD1、SD2を有する比較例の半導体装置では以下のような問題が生じる。   When the off angle θ is 4 degrees and the thickness of the epitaxial layer 64 is 30 μm, the maximum width L2 (see FIG. 22) of the Shockley-type stacking fault in the <1-100> direction is 1486 μm. Become. For this reason, the stacking faults SD1 and SD2 formed using the BPD generated in the first extending portion E1 or the second extending portion E2 as a base point are formed so as to largely overlap the element region 65 in plan view. The following problems occur in the semiconductor device of the comparative example having such stacking faults SD1 and SD2.

SiCパワー素子は、電流がドリフト層表面から裏面に向けて流れる縦型素子であるため、電流経路は{0001}基底面に対してほぼ垂直となる。図21に示すショックレー型積層欠陥SDは、<0001>方向に対して量子井戸的に振る舞い、電子トラップとして働く。そのため、ショックレー型積層欠陥SDは正常な領域よりも高抵抗となる。よって、電流はショックレー型積層欠陥SDを避けて流れるため、電流が流れる面積が小さくなることで電流密度が増加し、通電時間の経過と共に素子抵抗(基板抵抗)および順方向電圧(オン電圧)が増大する。   Since the SiC power element is a vertical element in which current flows from the drift layer surface to the back surface, the current path is substantially perpendicular to the {0001} basal plane. The Shockley-type stacking fault SD shown in FIG. 21 behaves like a quantum well in the <0001> direction and functions as an electron trap. Therefore, the Shockley type stacking fault SD has a higher resistance than a normal region. Therefore, since the current flows avoiding the Shockley-type stacking fault SD, the current density increases by decreasing the area through which the current flows, and the element resistance (substrate resistance) and the forward voltage (ON voltage) with the passage of energization time. Will increase.

すなわち、製造工程において基板上面に生じたBPDにpn電流を流すことで、通電時間と共に積層欠陥が拡大する。この場合、pn電流を流すと、基板中を流れるキャリアが当該積層欠陥において捕獲されるため、素子抵抗が増加する。すなわち、ターミネーション領域に発生したBPDに起因して生じる積層欠陥SD1、SD2(図23参照)は、半導体チップの中央部に達して拡がるため、素子領域のMOSFETの素子抵抗が増大する。つまり、通電時間の経過と共に、MOSFETにおいても、ソース・ドレイン間の抵抗、および内蔵ダイオードの抵抗が増大する問題が生じる。   In other words, stacking faults increase with energization time by passing a pn current through the BPD generated on the upper surface of the substrate in the manufacturing process. In this case, when a pn current is passed, carriers flowing in the substrate are captured by the stacking fault, so that the element resistance increases. That is, the stacking faults SD1 and SD2 (see FIG. 23) caused by the BPD generated in the termination region reach the center of the semiconductor chip and spread, so that the device resistance of the MOSFET in the device region increases. That is, as the energization time elapses, the MOSFET also has a problem that the resistance between the source and drain and the resistance of the built-in diode increase.

しかし、高耐圧用のpnダイオードまたはIGBTなどでは、導通損失低減のためにpn接合に通電する必要がある。また、トランジスタとダイオードをSiC化したオールSiCパワーモジュールにおいて、装置の小型化および軽量化などを目的としてダイオードレス化を行う際には、MOSFETの内蔵ダイオードのpn接合を通電させる必要があるため、SiC素子の素子抵抗増大が問題となる。   However, in a pn diode or IGBT for high withstand voltage, it is necessary to energize the pn junction to reduce conduction loss. Further, in the all SiC power module in which the transistor and the diode are made into SiC, when the diode-less operation is performed for the purpose of reducing the size and weight of the device, it is necessary to energize the pn junction of the built-in diode of the MOSFET. An increase in element resistance of the SiC element becomes a problem.

なお、ここでいうダイオードレス化とは、例えばインバータ内においてトランジスタに逆並列に接続するダイオード(例えばショットキーバリアダイオード)の役割を内蔵ダイオードに担わせることを指す。これにより、ダイオードを、当該トランジスタを含むチップに混載する必要がなくなり、また、当該トランジスタを含むチップとは別にダイオードを搭載したチップを用意する必要がなくなるため、装置の小型化および軽量化が可能となる。   Here, the diode-less means that the built-in diode plays the role of a diode (for example, a Schottky barrier diode) connected in reverse parallel to the transistor in the inverter, for example. This eliminates the need to mount a diode on a chip including the transistor, and eliminates the need to prepare a chip on which a diode is mounted separately from the chip including the transistor, thereby reducing the size and weight of the device. It becomes.

素子抵抗が増大すれば、半導体装置に所定の値の電流を流そうとした場合に必要となる電圧が大きくなる。つまり、素子抵抗の増大は、半導体装置の省電力化を妨げることに繋がる。また、上記の素子抵抗(基板抵抗)の増大は、SiC半導体基板内のpn接合に大きな電流を流す程顕著となるため、素子抵抗は半導体装置の通電時間の経過と共に増大する。すなわち、通電劣化が起こる。したがって、半導体装置の特性を長期に亘って維持することができない問題が生じる。   If the element resistance increases, the voltage required when a current of a predetermined value flows through the semiconductor device increases. That is, an increase in element resistance leads to hindering power saving of the semiconductor device. Further, the increase in the element resistance (substrate resistance) becomes more noticeable as a larger current flows through the pn junction in the SiC semiconductor substrate, so that the element resistance increases as the energization time of the semiconductor device elapses. That is, energization deterioration occurs. Therefore, there arises a problem that the characteristics of the semiconductor device cannot be maintained for a long time.

これに対し、本実施の形態では、図1に示すように、第2シリサイド層98を形成する領域を、第3延在部E3の上面および第4延在部E4の上面に限っている。これにより、半導体装置の製造工程において第2コンタクト領域83の端部にBPDが形成されたとしても、周縁領域66において第2コンタクト領域83に電流が流れるのは第3延在部E3および第4延在部E4のみとなるため、第1延在部E1および第2延在部E2を基点として、積層欠陥SD1、SD2(図23参照)が形成されることを防ぐことができる。   On the other hand, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, the region where the second silicide layer 98 is formed is limited to the upper surface of the third extending portion E3 and the upper surface of the fourth extending portion E4. As a result, even if the BPD is formed at the end of the second contact region 83 in the manufacturing process of the semiconductor device, the current flows through the second contact region 83 in the peripheral region 66 in the third extending portion E3 and the fourth extension region E3. Since only the extending portion E4 is provided, it is possible to prevent the stacking faults SD1 and SD2 (see FIG. 23) from being formed using the first extending portion E1 and the second extending portion E2 as a base point.

すなわち、第2コンタクト領域83に対してコンタクトプラグ97(図2参照)がオーミックに接続されているのは第3延在部E3および第4延在部E4のみであり、コンタクトプラグ97を介して第2コンタクト領域83にpn電流を流しても、第1延在部E1および第2延在部E2には電流が殆ど流れない。したがって、素子領域65に向かって大きく成長する積層欠陥SD1、SD2(図23参照)が形成されることを防ぐことができるため、MOSFETの素子抵抗が増大することを防ぐことができる。   That is, only the third extending portion E3 and the fourth extending portion E4 are connected to the second contact region 83 in ohmic contact with the contact plug 97 (see FIG. 2). Even if a pn current is passed through the second contact region 83, almost no current flows through the first extending portion E1 and the second extending portion E2. Therefore, since it is possible to prevent the stacking faults SD1 and SD2 (see FIG. 23) that greatly grow toward the element region 65 from being formed, it is possible to prevent an increase in the element resistance of the MOSFET.

なお、第3延在部E3に通電することで生じる積層欠陥SD3(図23参照)は素子領域65に重ならないため、素子抵抗の増大の原因とならない。また、第4延在部E4に通電することで生じる積層欠陥SD4(図23参照)が素子領域65と重なる領域は小さいため、本実施の形態の半導体装置では、素子抵抗の増大を無視できる程度に抑えることができる。   Note that the stacking fault SD3 (see FIG. 23) generated by energizing the third extending portion E3 does not overlap the element region 65, and therefore does not cause an increase in element resistance. In addition, since the region where the stacking fault SD4 (see FIG. 23) generated by energizing the fourth extending portion E4 overlaps the element region 65 is small, in the semiconductor device of the present embodiment, an increase in element resistance can be ignored. Can be suppressed.

<変形例>
以下に、図14を用いて本実施の形態の半導体装置の変形例について説明する。図14は、本実施の形態の半導体装置の変形例である半導体チップの平面図である。
<Modification>
Hereinafter, a modification of the semiconductor device of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 14 is a plan view of a semiconductor chip which is a modification of the semiconductor device of the present embodiment.

図14に示すように、平面視において、第2コンタクト領域83、JTE領域85、周縁領域66、ターミネーション領域67は、円形の環状構造を有している。ここで、第2シリサイド層98も、当該円形の環状構造に沿って形成されている。ただし、第2シリサイド層98は、<1−100>方向となす角が小さい方向に延在する第3延在部E3および第4延在部E4のそれぞれの直上にのみ形成されており、<11−20>方向となす角が小さい方向に延在する第1延在部E1および第2延在部E2のそれぞれの直上には形成されていない。図示はしていないが、第2コンタクト領域83に第2シリサイド層98を介して電気的に接続されたコンタクトプラグ97も、平面視において第2シリサイド層98と同じレイアウトを有している。   As shown in FIG. 14, the second contact region 83, the JTE region 85, the peripheral region 66, and the termination region 67 have a circular annular structure in plan view. Here, the second silicide layer 98 is also formed along the circular annular structure. However, the second silicide layer 98 is formed only immediately above each of the third extending portion E3 and the fourth extending portion E4 extending in a direction having a small angle with the <1-100> direction, and < It is not formed immediately above each of the first extending portion E1 and the second extending portion E2 extending in a direction having a small angle with the 11-20> direction. Although not shown, the contact plug 97 electrically connected to the second contact region 83 via the second silicide layer 98 also has the same layout as the second silicide layer 98 in plan view.

その他の構造は、図1〜図3を用いて説明した半導体チップと同様である。本変形例のような平面レイアウトであっても、図1〜図3を用いて説明した半導体装置と同様の効果を得ることができる。   Other structures are the same as those of the semiconductor chip described with reference to FIGS. Even with the planar layout as in this modification, the same effect as that of the semiconductor device described with reference to FIGS. 1 to 3 can be obtained.

(実施の形態2)
本実施の形態2では、図15に示すように、矩形の第2コンタクト領域83の第3延在部E3の上面のみに第2シリサイド層98を形成することについて説明する。図15は、本実施の形態の半導体装置である半導体チップの平面図である。
(Embodiment 2)
In the second embodiment, as shown in FIG. 15, the formation of the second silicide layer 98 only on the upper surface of the third extending portion E3 of the rectangular second contact region 83 will be described. FIG. 15 is a plan view of a semiconductor chip which is the semiconductor device of the present embodiment.

図15に示すように、前記実施の形態と同じく、第2コンタクト領域83の第1延在部E1および第2延在部E2の上面に第2シリサイド層98は形成されていない。これにより、前記実施の形態1と同様の効果を得ることができる。   As shown in FIG. 15, the second silicide layer 98 is not formed on the upper surfaces of the first extension part E1 and the second extension part E2 of the second contact region 83, as in the above embodiment. Thereby, the same effect as the first embodiment can be obtained.

加えて、本実施の形態では、第4延在部E4の上面に第2シリサイド層98を形成していない。つまり、第2コンタクト領域83を構成する4つの延在部のうち、<11−20>方向に順に並ぶ第3延在部E3および第4延在部E4を有する半導体チップ60において、第3延在部E3の上面には第2シリサイド層98およびコンタクトプラグ97(図2参照)を形成し、第4延在部E4の上面には第2シリサイド層98およびコンタクトプラグ97を形成していない。したがって、第4延在部E4を含むターミネーション領域67の断面図は、図2に示すターミネーション領域1Cと同様の構造を有している。   In addition, in the present embodiment, the second silicide layer 98 is not formed on the upper surface of the fourth extending portion E4. That is, in the semiconductor chip 60 having the third extension portion E3 and the fourth extension portion E4 that are arranged in the <11-20> direction among the four extension portions constituting the second contact region 83, the third extension The second silicide layer 98 and the contact plug 97 (see FIG. 2) are formed on the upper surface of the existing portion E3, and the second silicide layer 98 and the contact plug 97 are not formed on the upper surface of the fourth extending portion E4. Accordingly, the cross-sectional view of the termination region 67 including the fourth extending portion E4 has the same structure as the termination region 1C shown in FIG.

これにより、図23に示す第4延在部E4に形成されるBPDを基点として成長する積層欠陥SD4が発生をすることを防ぐことができる。すなわち、図15の素子領域65に重なり得る積層欠陥が発生することを防ぐことができる。これにより、前記実施の形態1において説明した半導体装置よりも、積層欠陥の発生防止による素子抵抗の増大を効果的に防ぐことができる。   Thereby, it is possible to prevent the occurrence of the stacking fault SD4 that grows with the BPD formed in the fourth extending portion E4 shown in FIG. 23 as the base point. That is, it is possible to prevent a stacking fault that can overlap with the element region 65 of FIG. Thereby, an increase in element resistance due to prevention of stacking faults can be effectively prevented as compared with the semiconductor device described in the first embodiment.

このような構造は、図14を用いて説明した上記変形例のように、ターミネーション領域67などが円形である場合にも適用することができる。また、図15の第1延在部E1、第2延在部E2および第3延在部E3のそれぞれの上面に第2シリサイド層98を形成せず、第4延在部E4の上面のみにシリサイド層を形成しても、図22および図23を用いて説明した比較例に比べ、積層欠陥の発生を抑えることができる。   Such a structure can also be applied to the case where the termination region 67 and the like are circular as in the modification described with reference to FIG. Further, the second silicide layer 98 is not formed on the upper surfaces of the first extending portion E1, the second extending portion E2, and the third extending portion E3 in FIG. 15, but only on the upper surface of the fourth extending portion E4. Even if the silicide layer is formed, the occurrence of stacking faults can be suppressed as compared with the comparative example described with reference to FIGS.

(実施の形態3)
本実施の形態3では、前記実施の形態1のSiCパワー素子を備えた電力変換装置について説明する。図16は、本実施の形態の電力変換装置(インバータ)の回路図である。図16に示すように、本実施の形態のインバータは、パワーモジュール402内に、スイッチング素子であるSiCパワーMISFET(Metal Insulator Semiconductor FET)404を複数有する。各単相において、端子405〜409を介して、電源電圧Vccと負荷(例えばモータ)401の入力電位との間に、SiCパワーMISFET404が接続されており、当該SiCパワーMISFET404が上アームを構成する。また、負荷401の入力電位と接地電位GNDとの間にもSiCパワーMISFET404が接続されており、当該SiCパワーMISFET404が下アームを構成する。つまり、負荷401では各単相に2つのSiCパワーMISFET404が設けられており、3相で6つのスイッチング素子(SiCパワーMISFET404)が設けられている。
(Embodiment 3)
In the third embodiment, a power conversion device including the SiC power element of the first embodiment will be described. FIG. 16 is a circuit diagram of the power conversion device (inverter) of the present embodiment. As shown in FIG. 16, the inverter according to the present embodiment includes a plurality of SiC power MISFETs (Metal Insulator Semiconductor FETs) 404 that are switching elements in a power module 402. In each single phase, SiC power MISFET 404 is connected between power supply voltage Vcc and the input potential of load (for example, motor) 401 via terminals 405 to 409, and SiC power MISFET 404 constitutes the upper arm. . Further, the SiC power MISFET 404 is also connected between the input potential of the load 401 and the ground potential GND, and the SiC power MISFET 404 constitutes the lower arm. That is, in the load 401, two SiC power MISFETs 404 are provided for each single phase, and six switching elements (SiC power MISFETs 404) are provided for three phases.

電源電圧Vccは、端子405を介して、各単層のSiCパワーMISFET404のドレイン電極に接続されており、接地電位GNDは、端子409を介して、各単層のSiCパワーMISFET404のソース電極に接続されている。また、負荷401は、端子406〜408のそれぞれを介して、各単層の上アームの各単層のSiCパワーMISFET404のソース電極に接続され、端子406〜408のそれぞれを介して、各単層の下アームの各単層のSiCパワーMISFET404のドレイン電極に接続されている。   The power supply voltage Vcc is connected to the drain electrode of each single-layer SiC power MISFET 404 via a terminal 405, and the ground potential GND is connected to the source electrode of each single-layer SiC power MISFET 404 via a terminal 409. Has been. Further, the load 401 is connected to the source electrode of each single-layer SiC power MISFET 404 of each single-layer upper arm via each of the terminals 406 to 408, and each single-layer is connected via each of the terminals 406 to 408. The lower arm is connected to the drain electrode of each single-layer SiC power MISFET 404.

また、個々のSiCパワーMISFET404のゲート電極には、端子410、411を介して、制御回路403が接続されており、この制御回路403によってSiCパワーMISFET404が制御されている。したがって、本実施の形態のインバータは、制御回路403でパワーモジュール402を構成するSiCパワーMISFET404を流れる電流を制御することにより、負荷401を駆動することができる。   A control circuit 403 is connected to the gate electrode of each SiC power MISFET 404 via terminals 410 and 411, and the SiC power MISFET 404 is controlled by the control circuit 403. Therefore, the inverter of this embodiment can drive the load 401 by controlling the current flowing through the SiC power MISFET 404 constituting the power module 402 by the control circuit 403.

SiCパワーMISFET404には、前記実施の形態1において説明した半導体チップ60(図1参照)に形成されたMOSFETを用いている。図16に示すように、SiCパワーMISFET404内には、上記MOSFETに含まれる内蔵pnダイオードが形成されている。内蔵pnダイオードとは、例えば図2に示すp型の第1コンタクト領域82に接続しているp型のウェル領域80と、n型のエピタキシャル層64との間のpn接合部分、または、p型の第2コンタクト領域83に接続しているp型のJTE領域85と、n型のエピタキシャル層64との間のpn接合部分を指す。 The SiC power MISFET 404 uses a MOSFET formed on the semiconductor chip 60 (see FIG. 1) described in the first embodiment. As shown in FIG. 16, a built-in pn diode included in the MOSFET is formed in the SiC power MISFET 404. The built-in pn diode is, for example, a pn junction between the p-type well region 80 connected to the p + -type first contact region 82 and the n -type epitaxial layer 64 shown in FIG. It refers to a pn junction portion between the p-type JTE region 85 connected to the p + -type second contact region 83 and the n -type epitaxial layer 64.

すなわち、内蔵pnダイオードのアノードはMOSFETのソース電極に接続されており、カソードはMOSFETのドレイン電極に接続されている。よって、図16に示す各単層において、内蔵pnダイオードは、当該MOSFETに対し、逆並列に接続されている。このときの内蔵pnダイオードの機能について以下に説明する。   That is, the anode of the built-in pn diode is connected to the source electrode of the MOSFET, and the cathode is connected to the drain electrode of the MOSFET. Therefore, in each single layer shown in FIG. 16, the built-in pn diode is connected in antiparallel to the MOSFET. The function of the built-in pn diode at this time will be described below.

内蔵pnダイオードは、負荷401がインダクタンスを含まない純抵抗である場合、還流するエネルギーがないため不要である。しかし、負荷401にモータ(電動機)のようなインダクタンスを含む回路が接続されている場合、ONしているスイッチング素子であるMOSFETとは逆方向に負荷電流が流れるモードがある。このとき、MOSFET単体では、この逆方向に流れる負荷電流を流し得る機能を持たないので、MOSFETに逆並列に内蔵pnダイオードを接続する必要がある。   The built-in pn diode is not necessary when the load 401 is a pure resistor that does not include an inductance because there is no energy to circulate. However, when a circuit including an inductance such as a motor (electric motor) is connected to the load 401, there is a mode in which a load current flows in a direction opposite to that of a MOSFET that is an ON switching element. At this time, since the MOSFET alone does not have a function of allowing a load current flowing in the reverse direction to flow, it is necessary to connect a built-in pn diode in reverse parallel to the MOSFET.

すなわち、パワーモジュール402において、例えばモータのように負荷401にインダクタンスを含む場合、MOSFETをOFFしたとき、インダクタンスに蓄えられたエネルギーを必ず放出しなければならない。しかし、MOSFET単体では、インダクタンスに蓄えられたエネルギーを開放するための逆方向電流を流すことができない。そこで、このインダクタンスに蓄えられた電気エネルギーを還流するため、MOSFETに逆方向に内蔵pnダイオードを接続する。つまり、内蔵pnダイオードは、インダクタンスに蓄えられた電気エネルギーを開放するために逆方向電流を流すという機能を有している。   That is, in the power module 402, for example, when the load 401 includes an inductance such as a motor, the energy stored in the inductance must be released when the MOSFET is turned off. However, the MOSFET alone cannot flow a reverse current for releasing the energy stored in the inductance. Therefore, in order to recirculate the electric energy stored in the inductance, a built-in pn diode is connected to the MOSFET in the reverse direction. That is, the built-in pn diode has a function of flowing a reverse current to release the electrical energy stored in the inductance.

MOSFETおよびダイオードによりパワーモジュール402を構成する場合に、MOSFETが設けられた半導体チップに、ダイオードが設けられた半導体チップを接続することが考えられる。しかしこの場合、MOSFETを含む半導体チップの他に、ダイオードを含む半導体チップを設ける必要があるため、パワーモジュール402およびインバータが大型化する問題がある。ダイオードを含む半導体チップを別に用意するのではなく、MOSFETに接続するショットキーバリアダイオードなどを、当該MOSFETが形成された半導体チップに混載する場合にも、パワーモジュール402およびインバータが大型化する問題が生じる。また、ダイオードレス化を行わずに上記のようにダイオードを用意することは、半導体装置の製造コストの増大の原因となる。   When the power module 402 is configured by a MOSFET and a diode, it is conceivable to connect a semiconductor chip provided with a diode to a semiconductor chip provided with a MOSFET. However, in this case, since it is necessary to provide a semiconductor chip including a diode in addition to the semiconductor chip including a MOSFET, there is a problem that the power module 402 and the inverter are increased in size. Even when a semiconductor chip including a diode is not prepared separately, and a Schottky barrier diode or the like connected to the MOSFET is mixedly mounted on the semiconductor chip on which the MOSFET is formed, there is a problem that the power module 402 and the inverter are increased in size. Arise. Also, preparing a diode as described above without using a diode-less device increases the manufacturing cost of the semiconductor device.

これに対し本実施の形態では、パワーモジュール402において、MOSFETおよび内蔵pnダイオードに、前記実施の形態1にて示した半導体装置である半導体チップを用いている。つまり、図2に示すMOSFETおよびこれに逆並列に接続された内蔵pnダイオードは、1個の半導体チップに設けられている。BPDを含む半導体チップでは内蔵pnダイオードにpn電流を流すと通電劣化が起こる問題があるが、前記実施の形態1において説明した半導体装置は、内蔵ダイオードおよび周縁領域にpn電流を流した場合に、抵抗値の増大を抑えることができるものである。   In contrast, in the present embodiment, in the power module 402, the semiconductor chip that is the semiconductor device described in the first embodiment is used for the MOSFET and the built-in pn diode. That is, the MOSFET shown in FIG. 2 and the built-in pn diode connected in reverse parallel thereto are provided on one semiconductor chip. In a semiconductor chip including a BPD, there is a problem that energization deterioration occurs when a pn current is passed through a built-in pn diode. However, the semiconductor device described in the first embodiment has a problem in that a pn current is passed through the built-in diode and the peripheral region. An increase in the resistance value can be suppressed.

このように、前記実施の形態1の半導体装置をMOSFETに用いるパワーモジュール402およびインバータでは、MOSFETの内蔵pnダイオードのpn接合を通電させ使用することが可能であるため、当該内蔵ダイオードを還流ダイオードとして用いることができる。これにより、余計なダイオード素子を取り除くことができる。つまり、前記実施の形態1において説明した半導体装置である半導体チップを構成するMOSFETの内蔵ダイオードを、図16に示す内蔵pnダイオードとして用いることができるため、MOSFETを含む当該半導体チップに他のダイオードを接続する必要がなくなる。これにより、パワーモジュール402を含むインバータからなる電力変換装置について、通電劣化による高抵抗化を防ぎつつ、小型化、軽量化および低コスト化を実現することができる。   Thus, in the power module 402 and the inverter that use the semiconductor device of the first embodiment for a MOSFET, it is possible to energize and use the pn junction of the MOSFET's built-in pn diode. Can be used. Thereby, an unnecessary diode element can be removed. That is, since the built-in diode of the MOSFET constituting the semiconductor chip which is the semiconductor device described in the first embodiment can be used as the built-in pn diode shown in FIG. 16, another diode is attached to the semiconductor chip including the MOSFET. No need to connect. Thereby, about the power converter device which consists of an inverter containing the power module 402, size reduction, weight reduction, and cost reduction can be implement | achieved, preventing the high resistance by energization deterioration.

また、電力変換装置は、3相モータシステムに用いることができる。図16に示した負荷401は3相モータであり、インバータに、前記実施の形態1にて示した半導体装置を備えた電力変換装置を用いることにより、3相モータシステムを小型化することができる。   The power converter can be used for a three-phase motor system. The load 401 shown in FIG. 16 is a three-phase motor, and the three-phase motor system can be reduced in size by using the power conversion device including the semiconductor device shown in the first embodiment for the inverter. .

(実施の形態4)
前記実施の形態3で説明した3相モータシステムは、ハイブリット自動車、電気自動車、燃料電池自動車などの自動車に用いることができる。本実施の形態では、3相モータシステムを搭載した自動車を、図17および図18を用いて説明する。図17は、本実施の形態の電気自動車の構成を示す概略図である。図18は、本実施の形態の昇圧コンバータの回路図である。
(Embodiment 4)
The three-phase motor system described in the third embodiment can be used for vehicles such as hybrid vehicles, electric vehicles, and fuel cell vehicles. In the present embodiment, an automobile equipped with a three-phase motor system will be described with reference to FIGS. FIG. 17 is a schematic diagram showing the configuration of the electric vehicle of the present embodiment. FIG. 18 is a circuit diagram of the boost converter according to the present embodiment.

図17に示すように、本実施の形態の電気自動車は、駆動輪(車輪)501aおよび駆動輪(車輪)501bが接続された駆動軸502に動力を入出力可能とする3相モータ503と、3相モータ503を駆動するためのインバータ504と、バッテリ505とを備える。さらに、本実施の形態の電気自動車は、昇圧コンバータ508と、リレー509と、電子制御ユニット510とを備え、昇圧コンバータ508は、インバータ504が接続された電力ライン506と、バッテリ505が接続された電力ライン507とに接続されている。3相モータ503は、永久磁石が埋め込まれたロータと、3相コイルが巻回されたステータとを備えた同期発電電動機である。インバータ504には、前記実施の形態3において説明したインバータを用いる。   As shown in FIG. 17, the electric vehicle according to the present embodiment includes a three-phase motor 503 that can input and output power to a drive shaft 502 to which drive wheels (wheels) 501a and 501b are connected, An inverter 504 for driving the three-phase motor 503 and a battery 505 are provided. Furthermore, the electric vehicle of the present embodiment includes a boost converter 508, a relay 509, and an electronic control unit 510. The boost converter 508 is connected to a power line 506 to which an inverter 504 is connected and a battery 505. It is connected to the power line 507. The three-phase motor 503 is a synchronous generator motor including a rotor embedded with permanent magnets and a stator wound with a three-phase coil. As the inverter 504, the inverter described in Embodiment 3 is used.

昇圧コンバータ508は図18に示すように、インバータ513に、リアクトル511および平滑用コンデンサ512が接続された構成からなる。インバータ513は、例えば、前記実施の形態3で説明したインバータと同様であり、インバータ内の素子構成も同じである。ここでも、前記実施の形態3と同様にスイッチング素子をSiCパワーMISFET514とし、同期整流駆動させる。本実施の形態の電気自動車では、電力変換装置であるインバータ504および電力変換装置である昇圧コンバータ508を用いて出力を3相モータ503に供給することで、3相モータ503により駆動輪(車輪)501a、501bを駆動する。   As shown in FIG. 18, boost converter 508 has a configuration in which a reactor 511 and a smoothing capacitor 512 are connected to inverter 513. For example, the inverter 513 is the same as the inverter described in the third embodiment, and the element configuration in the inverter is the same. Again, as in the third embodiment, the switching element is the SiC power MISFET 514 and is driven by synchronous rectification. In the electric vehicle according to the present embodiment, the output is supplied to the three-phase motor 503 using the inverter 504 that is a power conversion device and the boost converter 508 that is a power conversion device, so that driving wheels (wheels) are driven by the three-phase motor 503. 501a and 501b are driven.

図17の電子制御ユニット510は、マイクロプロセッサと、記憶装置と、入出力ポートとを備えており、3相モータ503のロータ位置を検出するセンサからの信号、またはバッテリ505の充放電値などを受信する。電子制御ユニット510は、インバータ504、昇圧コンバータ508、およびリレー509を制御するための信号を出力する。   The electronic control unit 510 shown in FIG. 17 includes a microprocessor, a storage device, and an input / output port. A signal from a sensor that detects the rotor position of the three-phase motor 503, a charge / discharge value of the battery 505, and the like. Receive. Electronic control unit 510 outputs a signal for controlling inverter 504, boost converter 508, and relay 509.

本実施の形態によれば、電力変換装置であるインバータ504および昇圧コンバータ508に、前記実施の形態3の電力変換装置を用いることができる。また、3相モータ503、およびインバータ504などからなる3相モータシステムに、前記実施の形態3の3相モータシステムを用いることができる。これにより、電気自動車のインバータ504および昇圧コンバータ508の通電劣化を防ぎつつ、電気自動車に占める駆動系の容積を低減することにより電気自動車の小型化、軽量化および低コスト化を実現することができる。   According to the present embodiment, the power conversion device of the third embodiment can be used for inverter 504 and boost converter 508 which are power conversion devices. Further, the three-phase motor system of the third embodiment can be used for a three-phase motor system including the three-phase motor 503, the inverter 504, and the like. As a result, it is possible to reduce the size, weight and cost of the electric vehicle by reducing the volume of the drive system occupying the electric vehicle while preventing the deterioration of energization of the inverter 504 and the boost converter 508 of the electric vehicle. .

なお、本実施の形態では、電気自動車について説明したが、エンジンも併用するハイブリット自動車、バッテリ505が燃料電池スタックとなった燃料電池自動車にも同様に上述の3相モータシステムを適用することができる。   In the present embodiment, the electric vehicle has been described. However, the above-described three-phase motor system can be similarly applied to a hybrid vehicle that also uses an engine and a fuel cell vehicle in which the battery 505 is a fuel cell stack. .

(実施の形態5)
前記実施の形態3の3相モータシステムは、鉄道車両に用いることができる。本実施の形態では、3相モータシステムを用いた鉄道車両を図19を用いて説明する。図19は、本実施の形態の鉄道車両のコンバータおよびインバータを含む回路図である。
(Embodiment 5)
The three-phase motor system of the third embodiment can be used for a railway vehicle. In the present embodiment, a railway vehicle using a three-phase motor system will be described with reference to FIG. FIG. 19 is a circuit diagram including a converter and an inverter of the railway vehicle of the present embodiment.

図19に示すように、鉄道車両には架線OWからパンタグラフPGを介して、例えば25kVの電力が供給される。トランス609を介して電圧が1.5kVまで降圧され、コンバータ607で交流から直流に変換される。さらに、キャパシタ608を介してインバータ602で直流から交流に変換されて、負荷601である3相モータが駆動される。本実施の形態では、前記実施の形態3のようにスイッチング素子をSiCパワーMISFET604として同期整流駆動させる。なお、図19では、前記実施の形態3で説明した制御回路の図示を省略している。また、架線OWは、パンタグラフPG、トランス609、車輪WHを介して、線路RTに電気的に接続されている。   As shown in FIG. 19, electric power of, for example, 25 kV is supplied to the railway vehicle from the overhead line OW via the pantograph PG. The voltage is stepped down to 1.5 kV via the transformer 609 and converted from alternating current to direct current by the converter 607. Further, the inverter 602 converts the direct current into the alternating current through the capacitor 608, and the three-phase motor as the load 601 is driven. In the present embodiment, the switching element is synchronously rectified and driven as the SiC power MISFET 604 as in the third embodiment. In FIG. 19, the control circuit described in the third embodiment is not shown. The overhead line OW is electrically connected to the line RT via the pantograph PG, the transformer 609, and the wheels WH.

本実施の形態によれば、コンバータ607に、前記実施の形態3の電力変換装置を用いることができる。つまり、電力変換装置から負荷601に電力を供給することで、鉄道車両の車輪WHを駆動することができる。また、負荷601、インバータ602、および制御回路からなる3相モータシステムに、前記実施の形態3の3相モータシステムを用いることができる。これにより、鉄道車両のインバータ602、コンバータ607の通電劣化を防ぎつつ、鉄道車両の小型化、軽量化および低コスト化を実現することができる。   According to the present embodiment, the power conversion device of the third embodiment can be used for converter 607. That is, the wheel WH of a railway vehicle can be driven by supplying electric power from the power converter to the load 601. Further, the three-phase motor system of the third embodiment can be used for the three-phase motor system including the load 601, the inverter 602, and the control circuit. Thereby, size reduction, weight reduction, and cost reduction of a railway vehicle are realizable, preventing the energization deterioration of the inverter 602 and the converter 607 of a railway vehicle.

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

64 エピタキシャル層
65 素子領域(アクティブ領域)
67 ターミネーション領域
83 第2コンタクト領域
85 JTE領域
98 第2シリサイド層
E1 第1延在部
E2 第2延在部
E3 第3延在部
E4 第4延在部
64 Epitaxial layer 65 Device region (active region)
67 termination region 83 second contact region 85 JTE region 98 second silicide layer E1 first extension portion E2 second extension portion E3 third extension portion E4 fourth extension portion

Claims (11)

炭化ケイ素を含む六方晶系半導体基板であるn型の基板と、
前記基板上に形成されたn型のドリフト層を含む半導体層と、
素子領域を囲むターミネーション領域において、前記半導体層の上面に形成されたp型の第1半導体領域と、
前記第1半導体領域の上面に形成されたシリサイド層と、
前記シリサイド層を介して前記第1半導体領域に接続されたコンタクトプラグと、
を有し、
平面視において、前記第1半導体領域は、第1方向に延在する第1延在部、第2方向に延在する第2延在部、第3方向に延在する第3延在部および第4方向に延在する第4延在部を繋げた環状構造を有し、
前記第1方向および前記第2方向が前記基板の<11−20>方向となす角度は、前記第3方向および前記第4方向が前記基板の<11−20>方向となす角度よりも小さく、
平面視において、前記第3延在部の上面に形成された前記シリサイド層の面積は、前記第1延在部の上面および前記第2延在部の上面に形成された前記シリサイド層の面積より大きい、半導体装置。
An n-type substrate which is a hexagonal semiconductor substrate containing silicon carbide;
A semiconductor layer including an n-type drift layer formed on the substrate;
In a termination region surrounding the element region, a p-type first semiconductor region formed on the upper surface of the semiconductor layer;
A silicide layer formed on an upper surface of the first semiconductor region;
A contact plug connected to the first semiconductor region via the silicide layer;
Have
In plan view, the first semiconductor region includes a first extension portion extending in a first direction, a second extension portion extending in a second direction, a third extension portion extending in a third direction, and Having an annular structure connecting the fourth extending portions extending in the fourth direction;
The angle formed by the first direction and the second direction with the <11-20> direction of the substrate is smaller than the angle formed by the third direction and the fourth direction with the <11-20> direction of the substrate.
In plan view, the area of the silicide layer formed on the upper surface of the third extending portion is larger than the area of the silicide layer formed on the upper surface of the first extending portion and the upper surface of the second extending portion. Large semiconductor device.
請求項1記載の半導体装置において、
前記基板の<11−20>方向に向かって、前記第3延在部、前記素子領域および前記第4延在部が順に並んで配置されている、半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device, wherein the third extending portion, the element region, and the fourth extending portion are arranged in order in the <11-20> direction of the substrate.
請求項2記載の半導体装置において、
平面視において、前記第3延在部の上面に形成された前記シリサイド層の面積は、前記第4延在部の上面に形成された前記シリサイド層の面積より大きい、半導体装置。
The semiconductor device according to claim 2,
In plan view, the area of the silicide layer formed on the upper surface of the third extending portion is larger than the area of the silicide layer formed on the upper surface of the fourth extending portion.
請求項2記載の半導体基板において、
平面視において、前記第4延在部の上面に形成された前記シリサイド層の面積は、前記第1延在部の上面および前記第2延在部の上面に形成された前記シリサイド層の面積より大きい、半導体装置。
The semiconductor substrate according to claim 2,
In plan view, the area of the silicide layer formed on the upper surface of the fourth extending portion is larger than the area of the silicide layer formed on the upper surface of the first extending portion and the upper surface of the second extending portion. Large semiconductor device.
請求項1記載の半導体装置において、
前記第1半導体領域と前記基板とは、第1pnダイオードを構成する、半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device, wherein the first semiconductor region and the substrate constitute a first pn diode.
請求項1記載の半導体装置において、
前記素子領域の前記半導体層の上面に形成されたn型のソース領域と、
前記素子領域の前記半導体層上に絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、
前記素子領域の前記半導体層の上面に形成されたp型の第2半導体領域と、
をさらに有し、
前記ソース領域と前記第2半導体領域とは、前記第2半導体領域上に形成された導電体を介して電気的に接続されており、
前記基板、前記ソース領域および前記ゲート電極は、電界効果トランジスタを構成し、
前記第2半導体領域と前記基板とは、第2pnダイオードを構成する、半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
An n-type source region formed on the upper surface of the semiconductor layer in the element region;
A gate electrode formed on the semiconductor layer in the element region via an insulating film;
A p-type second semiconductor region formed on an upper surface of the semiconductor layer in the element region;
Further comprising
The source region and the second semiconductor region are electrically connected via a conductor formed on the second semiconductor region,
The substrate, the source region and the gate electrode constitute a field effect transistor,
The semiconductor device, wherein the second semiconductor region and the substrate constitute a second pn diode.
請求項1記載の半導体装置において、
前記第1半導体領域内のp型の不純物の濃度は、1×1018〜1×1020cm−3である、半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device, wherein the concentration of the p-type impurity in the first semiconductor region is 1 × 10 18 to 1 × 10 20 cm −3 .
請求項1記載の半導体装置を有する、パワーモジュール。   A power module comprising the semiconductor device according to claim 1. 請求項1記載の半導体装置を有するパワーモジュールと、
前記パワーモジュール内の前記半導体装置を制御する制御回路と、
を有する、電力変換装置。
A power module comprising the semiconductor device according to claim 1;
A control circuit for controlling the semiconductor device in the power module;
A power converter.
請求項1記載の半導体装置を用いた電力変換装置と、
前記電力変換装置からの電力供給を受けて車輪を駆動する電動機と、
を備える、自動車。
A power conversion device using the semiconductor device according to claim 1;
An electric motor that drives a wheel by receiving power supply from the power converter;
An automobile equipped with.
請求項1記載の半導体装置を用いた電力変換装置と、
前記電力変換装置からの電力供給を受けて車輪を駆動する電動機と、
を備える、鉄道車両。
A power conversion device using the semiconductor device according to claim 1;
An electric motor that drives a wheel by receiving power supply from the power converter;
A railway vehicle comprising:
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