JP6932998B2 - Silicon Carbide MOSFET and its manufacturing method - Google Patents
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Description
本発明は、炭化ケイ素MOSFET及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a silicon carbide MOSFET and a method for producing the same.
次世代のパワー半導体材料として炭化ケイ素(SiC)半導体が注目されている。SiCはバンドギャップが4H−SiCで3.25eVと、従来用いられていたシリコン(Si)の1.12eVに対して3倍程度大きく、電界強度がSiより1桁近く大きい2〜4mV/cmであり、Siと比べて材料特性に優位性がある。 Silicon carbide (SiC) semiconductors are attracting attention as next-generation power semiconductor materials. The bandgap of SiC is 3.25 eV for 4H-SiC, which is about three times larger than 1.12 eV of silicon (Si) used in the past, and the electric field strength is 2 to 4 mV / cm, which is nearly an order of magnitude higher than Si. Yes, it has an advantage in material properties compared to Si.
そのためSiCで構成された半導体素子の場合、Siで構成された半導体素子と比較して、例えばターンオン(以下、単に「オン」とも称する。)状態における素子の抵抗(オン抵抗)が数百分の一に低減できるという特徴を有する。またSiC半導体素子は200℃以上の高温環境下でも使用可能である。SiCを用いたダイオード等の整流デバイスや、トランジスタ、サイリスタ等のスイッチングデバイスといった様々なデバイスが現在までに試作されている。 Therefore, in the case of a semiconductor element composed of SiC, the resistance (on resistance) of the element in a turn-on (hereinafter, also simply referred to as “on”) state is several hundredths of that of the semiconductor element composed of Si. It has the feature that it can be reduced to one. Further, the SiC semiconductor element can be used even in a high temperature environment of 200 ° C. or higher. Various devices such as rectifying devices such as diodes using SiC and switching devices such as transistors and thyristors have been prototyped so far.
SiC基板内には数種類の転位が存在することが知られている。非特許文献1にはSiC基板上にデバイスを作製し、作製したデバイスを動作させると、電子・正孔対が再結合することで、基板内の転位が積層欠陥に成長することが開示されている。積層欠陥が発生するとデバイスのオン特性に悪影響が及び、半導体素子を含むパワー半導体モジュールの導通損失が増大するため、積層欠陥が発生しないことが望ましい。
It is known that there are several types of dislocations in a SiC substrate. Non-Patent
この問題を解決する技術として、転位を有さないSiC基板(ウェハ)を作製する方法が考えられる。例えば特許文献1には、基板の温度を一定の幅で制御しつつ、炭素(C)及びSiの濃度比C/Siを制御してドーパントガスを供給することにより、基底面転位(BPD)及び積層欠陥密度が低いSiCエピタキシャルウェハの製造方法が開示されている。
As a technique for solving this problem, a method of manufacturing a SiC substrate (wafer) having no dislocation can be considered. For example, in
積層欠陥の拡張を抑制するための他の方法としては、半導体素子のセル構造に関する技術があり、例えば特許文献2では、活性領域内にストライプ状の電流制限領域を設けることにより、積層欠陥の拡張を防止する方法が開示されている。また特許文献3では、活性領域内にトレンチ状の溝を形成する方法により積層欠陥の拡張が防止されている。
As another method for suppressing the expansion of stacking defects, there is a technique related to the cell structure of a semiconductor element. For example, in Patent Document 2, the expansion of stacking defects is performed by providing a striped current limiting region in the active region. The method of preventing the above is disclosed. Further, in
また特許文献4及び特許文献5では、半導体素子のMOS(Metal−Oxide−Semiconductor)電界効果トランジスタ(MOSFET)の活性部以外の領域にショットキー接触領域を設ける発明が開示されている。ショットキー接触領域によって、デバイスの通電時に転位に負荷される電流ストレスを軽減することができるため、積層欠陥の拡張を抑制できるとされている。 Further, Patent Document 4 and Patent Document 5 disclose an invention in which a Schottky contact region is provided in a region other than the active portion of a MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) field effect transistor (MOSFET) of a semiconductor element. It is said that the Schottky contact region can reduce the current stress applied to dislocations when the device is energized, thus suppressing the expansion of stacking defects.
しかし特許文献1の方法の場合、SiCウェハの品質向上を一定程度図ることは可能ではあるが、未だ転位を完全に無くすには至っていない。また特許文献2のストライプ状の電流制限領域のように、SiC内部に特別な構造を別途形成したり、或いは特許文献3のようにSiC表面側にトレンチ状の溝を形成したりする方法の場合、プロセス上、大きな困難が伴うと共に、プロセスコストが大きく上昇する。
However, in the case of the method of
またSiC半導体装置の表面上には、仕様上の要請から、オーミック接触領域を設ける必要がある。そのため特許文献4及び特許文献5のようにショットキー接触領域を設ける方法の場合、オーミック接触領域とショットキー接触領域の両方を形成することとなり、プロセス上の負担が著しい。 Further, it is necessary to provide an ohmic contact region on the surface of the SiC semiconductor device due to the requirement of specifications. Therefore, in the case of the method of providing the Schottky contact region as in Patent Document 4 and Patent Document 5, both the ohmic contact region and the Schottky contact region are formed, and the burden on the process is significant.
更に特許文献6に開示されているように、MOSFET等のSiC半導体装置では、活性部であるセル領域を包囲するように活性部の周縁に終端構造領域が選択的に形成される場合がある。終端構造領域は、デバイスの終端部における電界集中を緩和して耐圧を高めるための構造であるため、SiC半導体装置において必要性が高い。そのため終端構造領域を備えた状態のSiC半導体装置において、積層欠陥の拡張を有効に抑制できる技術が強く求められていた。 Further, as disclosed in Patent Document 6, in a SiC semiconductor device such as a MOSFET, a terminal structure region may be selectively formed on the periphery of the active portion so as to surround the cell region which is the active portion. Since the terminal structure region is a structure for relaxing the electric field concentration at the terminal portion of the device and increasing the withstand voltage, it is highly necessary in the SiC semiconductor device. Therefore, in a SiC semiconductor device provided with a terminal structure region, there has been a strong demand for a technique capable of effectively suppressing the expansion of stacking defects.
本発明は、上記した問題に着目して為されたものであって、終端構造領域を備えた状態の炭化ケイ素MOSFETにおいて、積層欠陥の拡張を効果的に抑制することができる炭化ケイ素MOSFETを提供することを目的とする。 The present invention has been made by paying attention to the above-mentioned problems, and provides a silicon carbide MOSFET capable of effectively suppressing expansion of stacking defects in a silicon carbide MOSFET having a terminal structural region. The purpose is to do.
上記課題を解決するために、本発明に係る本発明に係る炭化ケイ素MOSFETのある態様は、炭化ケイ素半導体基板からなる第1導電型のドリフト層、ドリフト層の上部に設けられた第2導電型のベース領域、ベース領域の上部に選択的に設けられた第1導電型のソース領域、ドリフト層の上に設けられたゲート絶縁膜、ゲート絶縁膜の上に設けられたゲート電極、ドリフト層の上に設けられたソース電極、ドリフト層の上部でベース領域の上にソース電極と接合して設けられた第2導電型のベースコンタクト領域、ドリフト層の下に設けられた第1導電型のドレイン領域及びドレイン領域の下に設けられたドレイン電極を有する活性部と、活性部の外側に設けられた耐圧領域としての終端構造領域と、活性部と終端構造領域との間のドリフト層の上部に、上面がソース電極と接合して設けられ、ソース電極との接合面積がベースコンタクト領域のソース電極との接合面積より大きく設定されている第2導電型の導通誘導領域と、を備えることを要旨とする。 In order to solve the above problems, an aspect of the silicon carbide MOSFET according to the present invention according to the present invention is a first conductive type drift layer made of a silicon carbide semiconductor substrate and a second conductive type provided above the drift layer. Of the base region, the first conductive type source region selectively provided above the base region, the gate insulating film provided on the drift layer, the gate electrode provided on the gate insulating film, and the drift layer. A source electrode provided above, a second conductive base contact region provided by joining the source electrode above the base region above the drift layer, and a first conductive drain provided below the drift layer. An active portion having a drain electrode provided below the region and a drain region, a terminal structure region as a pressure resistant region provided outside the active portion, and an upper part of a drift layer between the active portion and the terminal structure region. It is a gist to include a second conductive type conduction induction region in which the upper surface is provided by being joined to the source electrode and the joint area with the source electrode is set to be larger than the joint area with the source electrode in the base contact region. And.
また本発明に係る炭化ケイ素MOSFETの製造方法のある態様は、炭化ケイ素半導体基板からなる第1導電型のドリフト層の上部に第2導電型のベース領域を形成し、ベース領域の上部に第1導電型のソース領域を選択的に形成し、ドリフト層の上にゲート絶縁膜を形成し、ゲート絶縁膜の上にゲート電極を形成し、ドリフト層の上にソース電極を形成し、ドリフト層の上部でベース領域の上に第2導電型のベースコンタクト領域をソース電極と接合して形成し、ドリフト層の下に第1導電型のドレイン領域を形成し、ドレイン領域の下にドレイン電極を形成することにより活性部を形成する工程と、活性部の外側に耐圧領域としての終端構造領域を形成する工程と、活性部と終端構造領域との間のドリフト層の上部に、上面がソース電極と接合すると共に、ソース電極との接合面積がベースコンタクト領域のソース電極との接合面積より大きくなるように第2導電型の導通誘導領域を形成する工程と、を含むことを要旨とする。 Further, in one aspect of the method for manufacturing a silicon carbide MOSFET according to the present invention, a second conductive type base region is formed on an upper portion of a first conductive type drift layer made of a silicon carbide semiconductor substrate, and a first first conductive type base region is formed on the upper portion of the base region. A conductive source region is selectively formed, a gate insulating film is formed on the drift layer, a gate electrode is formed on the gate insulating film, a source electrode is formed on the drift layer, and the drift layer is formed. A second conductive type base contact region is formed by joining with a source electrode on the base region at the upper part, a first conductive type drain region is formed under the drift layer, and a drain electrode is formed under the drain region. The step of forming the active portion by forming the active portion, the step of forming the terminal structure region as a pressure resistant region on the outside of the active portion, and the upper surface of the drift layer between the active portion and the terminal structure region, the upper surface of which is the source electrode. The gist of the present invention includes a step of forming a second conductive type conduction induction region so that the bonding area with the source electrode is larger than the bonding area with the source electrode in the base contact region.
本発明に係る炭化ケイ素MOSFETによれば、終端構造領域を備えた状態で、積層欠陥の拡張を効果的に抑制することができる。また本発明に係る炭化ケイ素MOSFETの製造方法によれば、製造過程における更なる追加工程の負担を抑えて、積層欠陥の拡張を抑制することができる、終端構造領域を備えた炭化ケイ素MOSFETを製造できる。 According to the silicon carbide MOSFET according to the present invention, expansion of stacking defects can be effectively suppressed in a state where the terminal structural region is provided. Further, according to the method for manufacturing a silicon carbide MOSFET according to the present invention, a silicon carbide MOSFET having a terminal structure region capable of suppressing the burden of further additional steps in the manufacturing process and suppressing the expansion of stacking defects can be manufactured. can.
以下に本発明の第1及び第2の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各装置や各部材の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判定すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。 The first and second embodiments of the present invention will be described below. In the description of the drawings below, the same or similar parts are designated by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the plane dimensions, the ratio of the thickness of each device and each member, etc. are different from the actual ones. Therefore, the specific thickness and dimensions should be determined in consideration of the following explanation. In addition, it goes without saying that the drawings include parts having different dimensional relationships and ratios from each other.
また、以下の説明における「左右」や「上下」の方向は、単に説明の便宜上の定義であって、本発明の技術的思想を限定するものではない。よって、例えば、紙面を90度回転すれば「左右」と「上下」とは交換して読まれ、紙面を180度回転すれば「左」が「右」に、「右」が「左」になることは勿論である。また以下の説明では、第1導電型がn型、第2導電型がp型の場合について例示的に説明するが、導電型を逆の関係に選択して、第1導電型をp型、第2導電型をn型としても構わない。またnやpに付す+や−は、+及び−が付記されていない半導体領域に比して、それぞれ相対的に不純物元素不純物密度が高い又は低い半導体領域であることを意味する。 Further, the directions of "left and right" and "up and down" in the following description are merely definitions for convenience of explanation, and do not limit the technical idea of the present invention. Therefore, for example, if the paper surface is rotated 90 degrees, "left and right" and "up and down" are read interchangeably, and if the paper surface is rotated 180 degrees, "left" becomes "right" and "right" becomes "left". Of course it will be. Further, in the following description, the case where the first conductive type is the n type and the second conductive type is the p type will be exemplified, but the conductive type is selected in the opposite relationship, and the first conductive type is the p type. The second conductive type may be n type. Further, + and-attached to n and p mean that the impurity element impurity density is relatively high or low, respectively, as compared with the semiconductor region to which + and-are not added.
−第1の実施の形態−
<半導体装置>
第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETは、図1に示すように、平面パターンで全体が矩形状の半導体チップである。半導体チップの主面の中央部には矩形状の活性部100が設けられ、活性部100はトランジスタ構造及び寄生ダイオード構造を有する。尚、図1中では説明のため、ゲート絶縁膜より上の層が除かれ、SiCの表面層が露出した状態が模式的に示されているが、図2に示すように、実際には、トランジスタ構造が積層形成されている。
− First Embodiment −
<Semiconductor device>
As shown in FIG. 1, the SiC-MOSFET according to the first embodiment is a semiconductor chip having a planar pattern and a rectangular shape as a whole. A rectangular
活性部100の<11−20>方向の両端にはp型の導通誘導領域のそれぞれの上部ウェルコンタクト領域13a,13bが同じ幅wで表れている。活性部100及び導通誘導領域の外側には、高濃度のp+型の耐圧領域としての終端構造領域14が、平面パターンで額縁状をなして設けられている。
At both ends of the
図2に示すように、活性部100には、n−型のドリフト層1と、ドリフト層1の上部に設けられた複数の高濃度のp+型のベース領域2a,2bと、ベース領域2a,2bの上に設けられた複数のp型のチャネル領域3a〜3cとが備えられる。それぞれのチャネル領域3a〜3cの内部には、n+型のソース領域4a〜4cが選択的に設けられている。ベース領域2a,2bの上で、隣り合うソース領域4a〜4cの間には、高濃度のp+型のベースコンタクト領域5a,5bが設けられている。
As shown in FIG. 2, the
ドリフト層1の上面上には、ソース領域4a〜4c、チャネル領域3a〜3c及びドリフト層1の上面に亘ってゲート絶縁膜6a,6bが設けられている。ゲート絶縁膜6a,6bの上には、ゲート電極7a,7bが設けられ、ゲート電極7a,7bの表面上には、層間絶縁膜8a,8bが設けられている。層間絶縁膜8a,8bの上にはソース電極9がソース領域4a〜4cに接続して設けられている。ソース電極9の上面上には、最表層としてパッシベーション膜等が堆積され、パッシベーション膜等に形成された窓部--開口部--には下側のソース電極9の主面が露出している。
ドリフト層1の下には、n+型のドレイン領域10が層状に設けられ、ドレイン領域10の下にはドレイン領域10に接続されたドレイン電極11が設けられている。活性部100では、ゲート電極7a,7bにゲート電圧が印加されることによりソース領域4a〜4c及びドレイン領域10間に主電流が流れる。
An n +
導通誘導領域(12a,13a)は、ドリフト層1の上面近傍に設けられた高濃度のp+型の下部導通領域12aと、下部導通領域12aの上にソース電極9と接続して設けられた高濃度のp+型の上部ウェルコンタクト領域13aとを備える。下部導通領域12aは、ベース領域2a,2bとほぼ同じ深さで、かつ、同じ厚みで設けられている。上部ウェルコンタクト領域13aは、ベースコンタクト領域5a,5bとほぼ同じ深さで、同じ厚みである。
The conduction induction regions (12a, 13a) are provided by connecting the high-concentration p + type
上部ウェルコンタクト領域13aによって下部導通領域12aはソースボンディングパッドと電気的に接続される。下部導通領域12a及び上部ウェルコンタクト領域13aのドーピング濃度は、ベースコンタクト領域5a,5bのドーピング濃度以上に設定されている。例えばベースコンタクト領域5a,5bのドーピング濃度が1.0×1019cm−3程度である場合、導通誘導領域(12a,13a)のドーピング濃度は全体的に1.0×1019cm−3以上に実現される。導通誘導領域(12a,13a)が全体的に、1.0×1019cm−3以上であることにより、導通誘導領域(12a,13a)全体をp型の「ウェルコンタクト領域」とみなすことができる。
The
第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETでは、導通誘導領域(12a,13a)のソース電極9と接合する面積の総和が、活性部100のベースコンタクト領域5a,5bの面積の総和より大きくなるように制御されている。すなわち導通誘導領域(12a,13a)の寄生ダイオードの方が、活性部100の寄生ダイオードより、ソース電極9との接合面積が広い。
In the SiC-MOSFET according to the first embodiment, the total area of the conduction induction region (12a, 13a) to be joined to the
図1に例示したSiC−MOSFETの場合、2本の上部ウェルコンタクト領域13a,13bの面積の総和が、3本のベースコンタクト領域5a〜5cの面積の総和より大きくなるように実現されている。図1中では説明の便宜のため、上部ウェルコンタクト領域13a,13b及びベースコンタクト領域5a〜5cの上面に斜線が付されている。
In the case of the SiC-MOSFET illustrated in FIG. 1, the total area of the two upper
ここで図1中の左側の導通誘導領域(12a,13a)の上部ウェルコンタクト領域13aの面積をS13a、左側の導通誘導領域の上部ウェルコンタクト領域13bの面積をS13bとする。また図1中の活性部100の内側で左側のベースコンタクト領域5aの面積をS5a、中央のベースコンタクト領域5bの面積をS5b、右側のベースコンタクト領域5cの面積をS5cとすると、
(S13a+S13b)>(S5a+S5b+S5c) ・・・式(1)
が成立する。
Here, the area of the upper
(S 13a + S 13b )> (S 5a + S 5b + S 5c ) ... Equation (1)
Is established.
2本の導通誘導領域の上部ウェルコンタクト領域13a,13bの面積の総和の上限値は、半導体装置としての動作を確保する必要性から、活性部100及び導通誘導領域を含めた全体の面積の約70%〜約80%の範囲内で設定される。
The upper limit of the total area of the upper
また第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETの下部導通領域12a及び上部ウェルコンタクト領域13aは、図1に示したように、活性部100と同じ長さで上下方向に延びている。尚、この上下方向は、SiC単結晶の<11−20>方向と直交する方向であり、以下「縦方向」とも称する。図3に示すように、導通誘導領域(12a,13a)の幅wは、ドリフト層1の厚さdと、SiC基板の<11−20>方向に対する傾斜角θを用いて、
を満たすように設定される。
Further, as shown in FIG. 1, the
Is set to meet.
例えば、ドリフト層1の厚みdが10μm、傾斜角θが約4°である場合、幅wは、式(2)より
w≧10/tan4°[μm]=約143[μm]
となるため、導通誘導領域(12a,13a)の幅wとしては約143μm以上の長さが必要である。
For example, when the thickness d of the
Therefore, the width w of the conduction induction region (12a, 13a) needs to be about 143 μm or more.
ここでMOSトランジスタ構造においては、ソース電極9‐ベース領域2a,2b‐ドリフト層1‐ドレイン領域10‐ドレイン電極11という電流経路の寄生ダイオードに順方向に通電する際、バイポーラ動作をするため電子―正孔対の再結合が発生する。再結合のエネルギーによってSiC基板中の転位が積層欠陥に拡張するが、積層欠陥の拡張方向は、<11−20>方向と直交する縦方向に限定される。
Here, in the MOS transistor structure, when the parasitic diode of the current path of the source electrode 9-
通常のMOSFETにおいては、MOS構造を備える活性部100に寄生ダイオードが存在するため、活性部100直下に積層欠陥30が発生することになる。そしてMOSFETのオン抵抗が増大し、電力損失の増大につながる。そこで第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETでは、導通誘導領域(12a,13a)を設けると共に、更に導通誘導領域(12a,13a)中にオーミックコンタクトを実現するための上部ウェルコンタクト領域13aを設ける。
In a normal MOSFET, since a parasitic diode is present in the
そして式(1)を用いて説明したように、上部ウェルコンタクト領域13a,13bの面積の総和を活性部100中に存在するベースコンタクト領域5a〜5cの面積より大きくする。そのため寄生ダイオードへの通電時の電流は上部ウェルコンタクト領域13a,13b側に流れ易くなる。一方、転位は積層欠陥への拡張を開始する電流密度の閾値をそれぞれ有する。そのため通電が導通誘導領域(12a,13a)に集中し、相対的に活性部100における寄生ダイオードの電流密度が低下することにより、活性部100での積層欠陥30の拡張が抑制される。
Then, as described using the formula (1), the total area of the upper
上記式(1)及び式(2)を同時に満たす第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETに、175℃で、寄生ダイオードの順方向電流を400[A/cm2]通電しても、活性部100には積層欠陥30が発生せず、オン抵抗は増大しなかった。また寄生ダイオードの順方向電圧の降下の変動を測定したところ、変動は0.5%以下であり、抵抗の増大を抑えることができた。
Even if the SiC-MOSFET according to the first embodiment satisfying the above equations (1) and (2) at the same time is energized with a forward current of a parasitic diode of 400 [A / cm 2 ] at 175 ° C., it is active. No stacking
更に順方向電流を大きくして通電したところ、図4に示すように、左側の導通誘導領域(12a,13a)内で積層欠陥30の発生が観察された。しかし活性部100の内側では積層欠陥は発生せず、オン抵抗は増大しなかった。また図4に示した状態のSiC−MOSFETにおいて、寄生ダイオードの順方向電圧の降下の変動を測定したところ、依然として電圧降下への影響は小さく、175℃において変動は0.5%以下であった。
When the forward current was further increased and energized, as shown in FIG. 4, the occurrence of stacking
(第1比較例)
次に活性部の両端に導通誘導領域が設けられていない、比較例に係るSiC−MOSFETを図5〜図9を参照して説明する。図5に示すように、第1比較例に係るSiC−MOSFETには導通誘導領域が設けられておらず、活性部101の表面には、10本のチャネル領域3a〜3j、10本のソース領域4a〜4j及び5本のベースコンタクト領域5a〜5eが表れている。
(First comparative example)
Next, a SiC-MOSFET according to a comparative example in which conduction induction regions are not provided at both ends of the active portion will be described with reference to FIGS. 5 to 9. As shown in FIG. 5, the SiC-MOSFET according to the first comparative example is not provided with a conduction induction region, and 10
第1比較例に係るSiC−MOSFETのその他の構造については、図6に示すように、第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETと同様であるため、重複説明を省略する。第1比較例に係るSiC−MOSFETに対し、寄生ダイオードの順方向電流を400[A/cm2]通電すると、図7に示すように、活性部101の内側で縦方向に拡張した積層欠陥30aが発生し、オン抵抗が増大した。
As shown in FIG. 6, the other structures of the SiC-MOSFET according to the first comparative example are the same as those of the SiC-MOSFET according to the first embodiment, and thus duplicate description will be omitted. When a forward current of a parasitic diode of 400 [A / cm 2 ] is applied to the SiC-MOSFET according to the first comparative example, as shown in FIG. 7, a stacking
(第2比較例)
また図8に示すように、第2比較例に係るSiC−MOSFETは、活性部101の周囲に非常に狭い幅のp型の補助コンタクト領域5fを備える点が第1比較例に係るSiC−MOSFETと異なる。第2比較例に係るSiC−MOSFETにおいても、第1比較例の場合と同様に、寄生ダイオードの順方向電流を400[A/cm2]通電すると、縦方向に拡張した積層欠陥30が発生し、オン抵抗が増大した。
(Second comparative example)
Further, as shown in FIG. 8, the SiC-MOSFET according to the second comparative example is provided with a p-type
(第3比較例)
また図9に示すように、第3比較例に係るSiC−MOSFETは、活性部101の左側のセル構造のチャネル領域3g1,3h1、ソース領域4g1,4h1及びベースコンタクト領域5d1の長さが、第1比較例の場合より短い。また右側のセル構造のチャネル領域3i1,3j1、ソース領域4i1,4j1及びベースコンタクト領域5e1の長さも第1比較例の場合より短く、矩形状の活性部101の4隅に、扇状のp型のコーナー部コンタクト領域5g1〜5g4をそれぞれ備える。第3比較例に係るSiC−MOSFETにおいても、第1比較例の場合と同様に、寄生ダイオードの順方向電流を400[A/cm2]通電すると、縦方向に拡張した積層欠陥が発生し、オン抵抗が増大した。
(Third comparative example)
Further, as shown in FIG. 9, in the SiC-MOSFET according to the third comparative example, the lengths of the channel region 3g1,3h1, the source region 4g1,4h1 and the base contact region 5d1 of the cell structure on the left side of the
第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETでは、活性部100と終端構造領域14との間に、ダイオード領域である導通誘導領域(12a,13a)が設けられ、逆導通時の電流が導通誘導領域(12a,13a)側に誘導される。そして式(1)を用いて、ソース電極9と接合する上部ウェルコンタクト領域13aの面積の総和が、活性部100のベースコンタクト領域5a,5bのソース電極9との接合面積の総和より大きくなるように制御されている。
In the SiC-MOSFET according to the first embodiment, conduction induction regions (12a, 13a), which are diode regions, are provided between the
そのためSiC−MOSFETの逆導通時には、電流は導通誘導領域(12a,13a)に積極的に誘導され、積層欠陥30を成長させるエネルギーは、導通誘導領域(12a,13a)で大きく消費される。導通誘導領域(12a,13a)内でのエネルギー消費により、活性部100内での積層欠陥30を成長させるエネルギーが相対的に低下するので、積層欠陥30の拡張を大きく抑制することができる。
Therefore, at the time of reverse conduction of the SiC-MOSFET, the current is positively induced in the conduction induction region (12a, 13a), and the energy for growing the stacking
この点、例えば単に電流を活性部100以外に誘導するためのダイオード構造を並列接続する場合を考えてみると、導通誘導領域(12a,13a)を設けて上部ウェルコンタクト領域13aの面積の総和により制御する場合と比べ、余分な配線が必要になる。一方、第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETの場合、並列接続するダイオード構造と等価な静特性を実現できると共に、配線のインダクタンスが存在しない分、過渡的に活性部100側に流れる電流を低減することができる。
In this respect, for example, considering the case where a diode structure for inducing a current other than the
また第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETでは、導通誘導領域(12a,13a)の外側で、半導体チップの周縁に、耐圧領域である終端構造領域14が更に設けられている。そのため、導通誘導領域(12a,13a)により積層欠陥30の発生の抑制を図りつつ、半導体装置としての耐圧を更に高めることができる。
Further, in the SiC-MOSFET according to the first embodiment, a
また導通誘導領域(12a,13a)は、縦方向の長さが活性部100と同じ長さであるため、縦方向に帯状に延びる積層欠陥30を確実に内側に留め、活性部100への波及を防止できる。
Further, since the length of the conduction induction region (12a, 13a) in the vertical direction is the same as that of the
更に導通誘導領域(12a,13a)の幅wが式(2)を満たすことにより、傾斜したエピタキシャル成長膜のテラス面に沿って延びる積層欠陥30の拡張が、導通誘導領域(12a,13a)の内側に留められる。そのため幅wは積層欠陥の最大拡張幅が含まれるように大きく担保されるので、<11−20>方向で隣接する活性部100の直下には積層欠陥30が発生しない。よってMOSFETのオン特性への影響を防止できる。
Further, when the width w of the conduction induction region (12a, 13a) satisfies the equation (2), the expansion of the stacking
また第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETでは、活性部100の両端に2個の導通誘導領域が最大限離間した状態で配置される。そのため、それぞれの導通誘導領域での発熱が半導体チップの中で効率よく分散し、SiC−MOSFETの品質の劣化が防止できる。
Further, in the SiC-MOSFET according to the first embodiment, the two conduction induction regions are arranged at both ends of the
<半導体装置の製造方法>
次に第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETの製造方法を図10〜図14を参照して説明する。まずSiC基板として、例えばn+型の4H−SiC単結晶であって、(0001)面を表面とし、<11−20>方向に対して4°オフした半導体基板10subを用意する。そして図10に示すように、エピタキシャル成長法を用いて、半導体基板10subの上に例えば窒素(N)を添加(ドープ)したn型の4H−SiCのドリフト層1を約10μmの厚さdでエピタキシャル成長させる。
<Manufacturing method of semiconductor devices>
Next, a method for manufacturing the SiC-MOSFET according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 10 to 14. First, as the SiC substrate, for example, a semiconductor substrate 10 sub which is an n + type 4H-SiC single crystal and whose surface is the (0001) plane and which is 4 ° off in the <11-20> direction is prepared. Then, as shown in FIG. 10, an n-type 4H-
次に図11に示すように、ドリフト層1の上面上に、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて所定の位置に開口部が設けられたマスク21aを形成し、開口部を介して、例えばアルミニウム(Al)、ホウ素(B)等のp型の不純物元素のイオンを選択的に注入する。このイオン注入により、後で下部導通領域12a及びベース領域2a,2bをなす予定領域がそれぞれ形成される。図11中には、それぞれの予定領域の外縁が破線で模式的に例示されている。イオン注入は、予定領域が活性化された際、ドリフト層1の内部に下部導通領域12a及びベース領域2a,2bが同じ不純物密度で、同じ深さで、かつ同じ厚みを有するように、それぞれの注入イオンの加速電圧が調整される。
Next, as shown in FIG. 11, a
次にマスク21aを除去し、ドリフト層1の上面上に形成した新たなマスクを介してp型の不純物元素のイオンを、ドリフト層1の上面近傍にイオンが蓄積されるように加速電圧を抑えて選択的に注入する。このイオン注入によって、ベース領域2a,2bの上に、後で部分的にチャネル領域3a〜3cをなす予定領域がそれぞれ形成される。そしてチャネル領域3a〜3c形成用のマスクを除去する。
Next, the
次にドリフト層1の上面上に形成した新たなマスクを介して、例えばリン(P)、N等のn型の不純物元素のイオンを、チャネル領域3a〜3cの予定領域の内部に選択的に注入して、後でソース領域4a〜4cをなす予定領域を形成する。そしてソース領域4a〜4c形成用のマスクを除去する。
Next, through a new mask formed on the upper surface of the
次に図12に示すように、ドリフト層1の上面上に形成した新たなマスク21bを介して、p型の不純物元素のイオンを、チャネル領域3a〜3cの予定領域の内部でソース領域4a〜4cの間に選択的に注入する。このイオン注入により、下部導通領域12aの上に、後で上部ウェルコンタクト領域13aをなす予定領域が形成されると共に、後でベースコンタクト領域5a,5bをなす予定領域が形成される。図12中には、それぞれの予定領域の外縁が破線で模式的に例示されている。
Next, as shown in FIG. 12, through a
そしてマスク21bを除去し、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、半導体基板10subの周縁にp型の不純物元素のイオンを選択的に注入して、後で終端構造領域14をなす予定領域を形成する。そして活性化アニール等によってそれぞれの予定領域を活性化し、図13に示すように、活性部のベース領域2a,2b、チャネル領域3a〜3c、ソース領域4a〜4c及びベースコンタクト領域5a,5bを形成する。活性化により下部導通領域12a、上部ウェルコンタクト領域13a及び終端構造領域14も形成される。
Then, the
次に、例えば熱酸化処理等によりドリフト層1の表面上に酸化シリコン(SiO2)膜等を堆積させ、堆積膜をフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術等によりパターニングして、ゲート絶縁膜6a,6bを形成する。次に例えばP等のn型の不純物元素が高不純物密度に添加されたドープド・ポリシリコン膜等を減圧CVD法等により全面に堆積させる。そしてドープド・ポリシリコン膜をエッチング又は化学的機械研磨(CMP)等の処理によりパターニングして、ゲート電極7a,7bを形成する。
Next, for example, a silicon oxide (SiO 2 ) film or the like is deposited on the surface of the
次に例えばCVD法等を用いてSiO2膜等を全面に堆積し、この堆積膜をフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いてパターニングして、ゲート電極7a,7bの上に層間絶縁膜8a,8bを設ける。次に半導体基板10subの下面をCMP等により薄化して平坦化し、図14に示すように、ドレイン領域10とする。そしてドレイン領域10の下に、ニッケル(Ni)等の金属膜を成膜し、成膜した金属膜をパターニングしてドレイン電極11を形成する。
Next, for example, a SiO 2 film or the like is deposited on the entire surface by using a CVD method or the like, and this deposited film is patterned by using a photolithography technique and an etching technique, and the
そして必要に応じて所定のアニール等を施した後、例えばAlを主成分元素として含む合金膜等を堆積させ、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術等により、所定の形状にパターニングしてソース電極9を形成する。ソース電極9は、ドリフト層1、ベースコンタクト領域5a,5b及び上部ウェルコンタクト領域13aの上に亘って設けられる。その後、アニールによるシンタリング処理等が施される。上記の一連の工程を通じて第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETを得ることができる。
Then, after performing a predetermined annealing or the like as necessary, for example, an alloy film or the like containing Al as a main component element is deposited, and the
第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETの製造方法では、下部導通領域12a及びベース領域2a,2bをなす予定領域へのイオン注入が、同一の処理によって同時に実行される。また上部ウェルコンタクト領域13a及びベースコンタクト領域5a,5bをなす予定領域へのイオン注入も、同一の処理によって同時に実行される。そのため、導通誘導領域(12a,13a)を備えたSiC―MOSFETを製造するにあたり、格別負担の大きな別工程を設ける必要が無い。よって更なる追加工程の負担を抑えながら、積層欠陥30の拡張を抑制することができるSiC−MOSFETを製造することができる。
In the method for manufacturing a SiC-MOSFET according to the first embodiment, ion implantation into a planned region forming a
<第1変形例>
次に第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETの変形例を、図15〜図18を参照して説明する。図15に示すように、第1変形例に係るSiC−MOSFETは、図1に示した第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETの構造に加え、活性部100の縦方向の両端に、<11−20>方向に延びる補助ベースコンタクト領域5h1,5h2を備える。
<First modification>
Next, a modification of the SiC-MOSFET according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 15 to 18. As shown in FIG. 15, in addition to the structure of the SiC-MOSFET according to the first embodiment shown in FIG. 1, the SiC-MOSFET according to the first modification has < Auxiliary base contact areas 5h1, 5h2 extending in the 11-20> direction are provided.
補助ベースコンタクト領域5h1,5h2の幅Lは、導通誘導領域の幅wに比べて非常に狭い。例えば導通誘導領域の幅wは約143μm以上であるが、補助ベースコンタクト領域5h1,5h2の幅は約5μm以下である。そのため補助ベースコンタクト領域5h1,5h2の面積が活性部100のベースコンタクト領域5a,5bの面積の総和に含まれる場合であっても、上部ウェルコンタクト領域13a,13bの面積の総和の方が活性部100側より大きくなるように制御されている。
The width L of the auxiliary base contact regions 5h1 and 5h2 is very narrow compared to the width w of the conduction induction region. For example, the width w of the conduction induction region is about 143 μm or more, but the width of the auxiliary base contact regions 5h1 and 5h2 is about 5 μm or less. Therefore, even if the area of the auxiliary base contact regions 5h1 and 5h2 is included in the total area of the
また図2に示したSiC−MOSFETの場合と同様に、導通誘導領域(12a,13a)は、全体がウェルコンタクト領域として機能するように、下部導通領域12aの濃度が高濃度に制御されている。第1変形例に係るSiC−MOSFETの他の構造については、図1〜図4で示したSiC−MOSFETにおける同名の部材と等価であるため、重複説明を省略する。
Further, as in the case of the SiC-MOSFET shown in FIG. 2, in the conduction induction region (12a, 13a), the concentration of the
第1変形例に係るSiC−MOSFETに175℃で、寄生ダイオードの順方向電流を400[A/cm2]通電しても、活性部100には積層欠陥30が発生せず、オン抵抗は増大しなかった。また寄生ダイオードの順方向電圧の降下の変動を0.5%以下に抑えることができた。
Even if the SiC-MOSFET according to the first modification is energized with a forward current of the parasitic diode of 400 [A / cm 2 ] at 175 ° C., the stacking
第1変形例に係るSiC−MOSFETにおいても、逆導通時には、電流は導通誘導領域に積極的に誘導される。そのため積層欠陥30を成長させるエネルギーは、導通誘導領域で大きく消費され、活性部100における積層欠陥30の発生を抑制することができる。
Also in the SiC-MOSFET according to the first modification, the current is positively induced in the conduction induction region at the time of reverse conduction. Therefore, the energy for growing the stacking
また第1変形例に係るSiC−MOSFETによれば、活性部100のベースコンタクト領域の構造が柔軟に変更可能になるので、所望の仕様への対応性を高めることができる。第1変形例に係るSiC−MOSFETの他の効果については、第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETと同様である。尚、補助ベースコンタクト領域5h1,5h2は、左右の導通誘導領域と接続されていてもよいし、接続されていなくてもよい。
Further, according to the SiC-MOSFET according to the first modification, the structure of the base contact region of the
<第2変形例>
図16に示した第2変形例に係るSiC−MOSFETのように、半導体チップの両端に加え、更に中央にも導通誘導領域を設けてもよい。図16中には、両端の2個の上部ウェルコンタクト領域13a,13bの上面と、2個の上部ウェルコンタクト領域13a,13bの間隔を2等分するように、中央に設けられた上部ウェルコンタクト領域13cの上面とが表れている。
<Second modification>
Like the SiC-MOSFET according to the second modification shown in FIG. 16, a conduction induction region may be provided in the center in addition to both ends of the semiconductor chip. In FIG. 16, an upper well contact provided in the center so as to divide the distance between the upper surfaces of the two upper
左側の上部ウェルコンタクト領域13aと中央の上部ウェルコンタクト領域13cとの間には活性部100aが位置し、右側の上部ウェルコンタクト領域13bと中央の上部ウェルコンタクト領域13cとの間には活性部100bが位置する。3個の導通誘導領域は、いずれも上記式(2)を満たす同じ幅wを有する。第2変形例に係るSiC−MOSFETの他の構造については、第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETにおける同名の部材と等価である。
The
第2変形例に係るSiC−MOSFETにおいても、ソース電極と接合する上部ウェルコンタクト領域13a〜13cの面積の総和が、活性部100a,100bのベースコンタクト領域5a,5cのソース電極との接合面積の総和より大きくなるように制御されている。そのため逆導通時には、電流は導通誘導領域に積極的に誘導され、活性部100における積層欠陥の発生を抑制することができる。
Also in the SiC-MOSFET according to the second modification, the total area of the upper
また第2変形例に係るSiC−MOSFETによれば、導通誘導領域を増加させて積層欠陥の発生をより確実に抑制できる。第2変形例に係るSiC−MOSFETの他の効果については、第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETと同様である。尚、導通誘導領域の個数は3個以上でもよいし、或いは1個でもよい。 Further, according to the SiC-MOSFET according to the second modification, the conduction induction region can be increased to more reliably suppress the occurrence of stacking defects. Other effects of the SiC-MOSFET according to the second modification are the same as those of the SiC-MOSFET according to the first embodiment. The number of conduction induction regions may be three or more, or may be one.
<第3変形例>
図17に示した第3変形例に係るSiC−MOSFETのように、導通誘導領域(22a,23a)が、ベース領域2a,2bより深くてもよい。また導通誘導領域(22a,23a)の下部導通領域22a及び上部ウェルコンタクト領域23aは、いずれも高濃度のp++型である。第3変形例に係るSiC−MOSFETの他の構造については、第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETにおける同名の部材と等価である。
<Third modification example>
The conduction induction region (22a, 23a) may be deeper than the
第3変形例に係るSiC−MOSFETにおいても、ソース電極9と接合する上部ウェルコンタクト領域23aの面積の総和が、活性部100のベースコンタクト領域5a,5bのソース電極9との接合面積の総和より大きくなるように制御されている。そのため逆導通時には、電流は導通誘導領域(22a,23a)に積極的に誘導され、活性部100における積層欠陥の発生を抑制することができる。
In the SiC-MOSFET according to the third modification, the total area of the upper
また第3変形例に係るSiC−MOSFETによれば、導通誘導領域(22a,23a)がベース領域2a,2bより深く形成されているので、逆導通時の電流を導通誘導領域(22a,23a)側に誘導することが一層容易になる。更に導通誘導領域(22a,23a)の不純物濃度がベースコンタクト領域5a,5bより更に高められているので、誘導性が更に高まる。第3変形例に係るSiC−MOSFETの他の効果については、第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETと同様である。
Further, according to the SiC-MOSFET according to the third modification, since the conduction induction region (22a, 23a) is formed deeper than the
<第4変形例>
図18に示した第4変形例に係るSiC−MOSFETのように、導通誘導領域(22a,23a)が、活性部100のベース領域2a,2b及びベースコンタクト領域5a,5bと接続してもよい。図18に示した導通誘導領域(22a,23a)は、図17に示した第3変形例に係るSiC−MOSFETの導通誘導領域(22a,23a)と等価な構造である。第4変形例に係るSiC−MOSFETの他の構造については、第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETにおける同名の部材と等価である。
<Fourth modification>
Like the SiC-MOSFET according to the fourth modification shown in FIG. 18, the conduction induction region (22a, 23a) may be connected to the
すなわち逆導通時の電流の導通誘導領域(22a,23a)側への誘導性が高められていれば、第4変形例に係るSiC−MOSFETのように、活性部100及び導通誘導領域(22a,23a)間の分離領域を無くしてもよい。第4変形例に係るSiC−MOSFETにおいても、ソース電極9と接合する上部ウェルコンタクト領域23aの面積の総和が、活性部100のベースコンタクト領域5a,5bのソース電極9との接合面積の総和より大きくなるように制御されている。そのため逆導通時には、電流は導通誘導領域(22a,23a)に積極的に誘導され、活性部100における積層欠陥の発生を抑制することができる。
That is, if the inducibility of the current at the time of reverse conduction to the conduction induction region (22a, 23a) side is enhanced, the
また第4変形例に係るSiC−MOSFETによれば、活性部100及び導通誘導領域(22a,23a)間の分離領域が不要になることにより、活性部100の面積をより大きく確保できる。第4変形例に係るSiC−MOSFETの他の効果については、第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETと同様である。
Further, according to the SiC-MOSFET according to the fourth modification, the area of the
−第2の実施の形態−
図19に示すように、第2の実施の形態に係るSiC―MOSFETの導通誘導領域は、平面パターンで、上部導通ベース領域16と、上部導通ベース領域16の内部に複数個設けられたセル状の上部ウェルコンタクト領域15を備える点が、第1の実施の形態に係るSiC―MOSFETと異なる。セル状の上部ウェルコンタクト領域15は、ほぼ六角柱状であり、図20に示すように、下部導通領域12aとドリフト層1の上面との間に亘って延びるように設けられている。
-Second embodiment-
As shown in FIG. 19, the conduction induction region of the SiC-MOSFET according to the second embodiment has a planar pattern, and has a cell shape provided in a plurality of upper
上部導通ベース領域16のドーピング濃度は、例えば1.0×1018cm−3程度である。またセル状の上部ウェルコンタクト領域15のドーピング濃度は、ベースコンタクト領域5a,5bのドーピング濃度以上であればよい。例えばベースコンタクト領域5a,5bのドーピング濃度が1.0×1019cm−3程度であれば、上部ウェルコンタクト領域15のドーピング濃度も1.0×1019cm−3程度以上に設定される。第2の実施の形態に係るSiC−MOSFETの他の構造については、第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETにおける同名の部材と等価であるため、重複説明を省略する。
The doping concentration of the upper
第2の実施の形態に係るSiC―MOSFETにおいても、上記式(1)と同様の関係が満たされている。すなわちソース電極9と接合するすべてのセル状の上部ウェルコンタクト領域15の上面の面積の総和が、活性部100のベースコンタクト領域5a〜5cのソース電極9との接合面積の総和より大きくなるように制御されている。また上記式(2)の関係が満たされるように、導通誘導領域(12a,15,16)の幅wが設定されている。
The SiC-MOSFET according to the second embodiment also satisfies the same relationship as in the above equation (1). That is, the total area of the upper surfaces of all the cell-shaped upper
第2の実施の形態に係るSiC−MOSFETにおいても、逆導通時には、電流は導通誘導領域(12a,15,16)に積極的に誘導され、積層欠陥を成長させるエネルギーは、導通誘導領域(12a,15,16)で大きく消費される。よって活性部100における積層欠陥の発生を抑制することができる。第2の実施の形態に係るSiC−MOSFETの他の効果については、第1の実施の形態に係るSiC−MOSFETと同様である。尚、上部ウェルコンタクト領域15のセルの形状は、六角形状に限定されず、他の多角形状、或いは円形状、楕円形状等、適宜変更可能である。
Also in the SiC-MOSFET according to the second embodiment, during reverse conduction, the current is positively induced in the conduction induction region (12a, 15, 16), and the energy for growing the stacking defect is the conduction induction region (12a). , 15, 16) are greatly consumed. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of stacking defects in the
<第5変形例>
第2の実施の形態に係るSiC−MOSFETでは、図21に示した第5変形例に係るSiC−MOSFETのように、セル状の上部ウェルコンタクト領域15a〜15cの縦方向の配置密度が一定でなくてもよい。ただしセル状の上部ウェルコンタクト領域15a〜15cは、活性部100から離間するに従って密度がより高くなるように、反対に活性部100に近接するに従って密度がより低くなるように配置される方が好ましい。
<Fifth modification>
In the SiC-MOSFET according to the second embodiment, the arrangement density in the vertical direction of the cell-shaped upper
例えば図21中の範囲Xに含まれるセルの個数は、左側の上部ウェルコンタクト領域15aの下に続く一連のセルが5個、中央の上部ウェルコンタクト領域15bの下に続く一連のセルが4個、右側の上部ウェルコンタクト領域15cの下に続く一連のセルが2個である。セル密度が活性部100側から終端構造領域14側へ向かうに従って高くなることにより、活性部100直下へのホールの注入を更に抑制可能になるので、MOSFETの特性劣化をより確実に防止できる。
For example, the number of cells included in the range X in FIG. 21 is 5 cells in a series below the upper
−その他の実施の形態−
本発明は上記の開示した実施の形態によって説明したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。本開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかになると考えられるべきである。
-Other embodiments-
Although the present invention has been described by the disclosed embodiments described above, the statements and drawings that form part of this disclosure should not be understood as limiting the invention. It should be considered from this disclosure to those skilled in the art that various alternative embodiments, examples and operational techniques will become apparent.
例えば図22に示すように、第1及び第2の実施の形態に係るSiC−MOSFETの半導体チップ44を絶縁回路基板(41,42,43)上に搭載してパワー半導体モジュール(41,42,43,44)を実現することもできる。絶縁回路基板(41,42,43)は、絶縁基板41と、絶縁基板41の上面上に設けられた表面金属箔42と、絶縁基板41の下面上に設けられた裏面金属箔43とを備える。半導体チップ44が導通誘導領域を備えることで活性部における積層欠陥の拡張が抑制されることにより、パワー半導体モジュールの通電劣化が抑制され、導通損失を低減することができる。
For example, as shown in FIG. 22, the
また第1及び第2の実施の形態では、トランジスタ構造のセルはストライプ状として説明したが、これに限定されず、例えば多角形状或いはその他の形状が採用されてもよい。またトランジスタのゲート構造についても、プレーナ型として説明したが、トレンチ型であってもよい。またn型を第1導電型、p型を第2導電型として説明したが、本発明は導電型を反転させても成り立つ。 Further, in the first and second embodiments, the cells having a transistor structure have been described as having a striped shape, but the present invention is not limited to this, and for example, a polygonal shape or another shape may be adopted. Further, although the gate structure of the transistor has been described as a planar type, it may be a trench type. Further, although the n-type has been described as the first conductive type and the p-type as the second conductive type, the present invention holds even if the conductive type is inverted.
また第1及び第2の実施の形態では、基板の傾斜角θを定義する傾斜方向を、(0001)面又は(000−1)面から<11−20>方向として説明したが、傾斜角θは<11−20>方向以外の方向で定義しても、本発明は成り立つ。また傾斜角θは4°として例示的に説明したが、これに限定されず、例えば傾斜角θを8°程度に設定することもできる。 Further, in the first and second embodiments, the inclination direction that defines the inclination angle θ of the substrate has been described as the <11-20> direction from the (0001) plane or the (000-1) plane, but the inclination angle θ has been described. The present invention holds even if is defined in a direction other than the <11-20> direction. Further, although the inclination angle θ has been exemplarily described as 4 °, the inclination angle θ is not limited to this, and for example, the inclination angle θ can be set to about 8 °.
また図1〜図22に示したそれぞれのSiC−MOSFETの部分的な構造を組み合わせて本発明に係るSiC−MOSFETを構成してもよい。以上のとおり本発明は、上記に記載していない様々な実施の形態等を含むとともに、本発明の技術的範囲は、上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。 Further, the SiC-MOSFET according to the present invention may be configured by combining the partial structures of the respective SiC-MOSFETs shown in FIGS. 1 to 22. As described above, the present invention includes various embodiments not described above, and the technical scope of the present invention is defined only by the matters specifying the invention relating to the reasonable claims from the above description. It is a thing.
1 ドリフト層
2a,2b ベース領域
3a〜3j,3g1〜3j1 チャネル領域
4a〜4j,4g1〜4j1 ソース領域
5a〜5e,5d1,5e1 ベースコンタクト領域
5f 補助コンタクト領域
5g1〜5g4 コーナー部コンタクト領域
5h1,5h2 補助ベースコンタクト領域
6a,6b ゲート絶縁膜
7a,7b ゲート電極
8a,8b 層間絶縁膜
9 ソース電極
10 ドレイン領域
10sub 半導体基板
11 ドレイン電極
12a 下部導通領域
13a,13b,13c 上部ウェルコンタクト領域
14 終端構造領域
15,15a,15b,15c 上部ウェルコンタクト領域
16 上部導通ベース領域
21a,21b マスク
22a 下部導通領域
23a 上部ウェルコンタクト領域
30,30a 積層欠陥
41 絶縁基板
42 表面金属箔
43 裏面金属箔
44 半導体チップ
100,100a,100b 活性部
101 活性部
w 導通誘導領域の幅
d ドリフト層の厚み
L 補助ベースコンタクト領域の幅
θ 傾斜角
1
Claims (12)
前記活性部の外側に設けられた耐圧領域としての終端構造領域と、
前記活性部と前記終端構造領域との間の前記ドリフト層の上部に、上面が前記ソース電極と接合して設けられ、前記ソース電極との接合面積が前記ベースコンタクト領域の前記ソース電極との接合面積より大きく設定されている第2導電型の導通誘導領域と、
を備え、
前記導通誘導領域の前記炭化ケイ素半導体基板の傾斜方向に沿った幅wは、前記ドリフト層の厚みd及び前記炭化ケイ素半導体基板の傾斜角θとの間で、
A terminal structure region as a pressure resistant region provided outside the active portion, and
An upper surface is provided by joining with the source electrode on the upper part of the drift layer between the active portion and the terminal structure region, and the joining area with the source electrode is joining with the source electrode in the base contact region. The second conductive type conduction induction region, which is set larger than the area,
Equipped with a,
The width w of the conduction induction region along the inclination direction of the silicon carbide semiconductor substrate is between the thickness d of the drift layer and the inclination angle θ of the silicon carbide semiconductor substrate.
前記上部ウェルコンタクト領域の不純物濃度が、前記ベースコンタクト領域の不純物濃度以上であることを特徴とする請求項1に記載の炭化ケイ素MOSFET。 The conduction induction region has an upper well contact region having the upper surface to be joined to the source electrode.
The upper impurity concentration of the well contact region, the silicon carbide MOSFET according to claim 1, wherein at least the impurity concentration of the base contact region.
前記複数の活性部の外側に設けられた耐圧領域としての終端構造領域と、
前記ドリフト層の上部に、上面が前記ソース電極と接合して設けられ、前記ソース電極との接合面積が前記ベースコンタクト領域の前記ソース電極との接合面積より大きく設定されている第2導電型の導通誘導領域と、
を備え、
前記導通誘導領域は3個以上、等間隔で、前記活性部と前記終端構造領域との間、及び互いに隣接する前記活性部の間にそれぞれ設けられ、
前記導通誘導領域の前記炭化ケイ素半導体基板の傾斜方向に沿った幅wは、前記ドリフト層の厚みd及び前記炭化ケイ素半導体基板の傾斜角θとの間で、
A terminal structure region as a pressure resistant region provided outside the plurality of active parts,
A second conductive type having an upper surface bonded to the source electrode on the upper part of the drift layer and having a bonding area with the source electrode larger than the bonding area with the source electrode in the base contact region. Conduction induction region and
With
Three or more conduction induction regions are provided at equal intervals between the active portion and the terminal structure region, and between the active portions adjacent to each other .
The width w of the conduction induction region along the inclination direction of the silicon carbide semiconductor substrate is between the thickness d of the drift layer and the inclination angle θ of the silicon carbide semiconductor substrate.
前記活性部の外側に耐圧領域としての終端構造領域を形成する工程と、
前記活性部と前記終端構造領域との間の前記ドリフト層の上部に、上面が前記ソース電極と接合すると共に、前記ソース電極との接合面積が前記ベースコンタクト領域の前記ソース電極との接合面積より大きくなるように第2導電型の導通誘導領域を形成する工程と、
を含み、
前記導通誘導領域の前記炭化ケイ素半導体基板の傾斜方向に沿った幅wは、前記ドリフト層の厚みd及び前記炭化ケイ素半導体基板の傾斜角θとの間で、
A step of forming a terminal structure region as a pressure resistant region on the outside of the active portion, and
The upper surface of the drift layer between the active portion and the terminal structure region is bonded to the source electrode, and the bonding area with the source electrode is larger than the bonding area with the source electrode in the base contact region. The step of forming the second conductive type conduction induction region so as to be large, and
Only including,
The width w of the conduction induction region along the inclination direction of the silicon carbide semiconductor substrate is between the thickness d of the drift layer and the inclination angle θ of the silicon carbide semiconductor substrate.
前記下部導通領域の形成と前記ベース領域の形成とを同じイオン注入により行うことを特徴とする請求項10に記載の炭化ケイ素MOSFETの製造方法。 The conduction induction region has a lower conduction region and an upper well contact region provided above the lower conduction region.
The method for manufacturing a silicon carbide MOSFET according to claim 10 , wherein the formation of the lower conduction region and the formation of the base region are performed by the same ion implantation.
The method for manufacturing a silicon carbide MOSFET according to claim 11 , wherein the formation of the upper well contact region and the formation of the base contact region are performed by the same ion implantation.
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