JP2007035736A - Semiconductor device and electrical apparatus - Google Patents

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Makoto Kitahata
真 北畠
Osamu Kusumoto
修 楠本
Masao Uchida
正雄 内田
Masaya Yamashita
賢哉 山下
Shin Hashimoto
伸 橋本
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device and an electrical apparatus for simultaneously realizing high-speed switching operation and reduction in energy loss, and ensuring superior resistance for concentration of current, based on the back electromotive force due to the inductance load of electrical apparatus. <P>SOLUTION: The semiconductor device 100 comprises a semiconductor layer 3 formed of a first conductivity-type wide-band gap semiconductor, a transistor cell 101T where a vertical field effect transistor 102 is formed for moving charged carrier in the thickness direction of the semiconductor layer 3, and a diode cell 31 is formed where a Schottky diode 103, formed with Schottky junction of a Schottky electrode 9 to the semiconductor layer 3. On the semiconductor layer 3, a plurality of square sub-regions 101 are defined in the plan view, through an arrangement such that sub-regions are allocated in the two directions crossing with each other with virtual boundary lines. Moreover, the transistor cell 101T formed of the remaining portions of the sub-regions 101 and the diode cell 31 formed of the cut-away portions are also defined, in such a manner as to cut away the four corners of sub-regions 101. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体装置および電気機器に係り、更に詳しくは、各種の電気機器のインバータ制御に用いるパワー半導体装置の改良技術に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and an electric device, and more particularly, to an improvement technique of a power semiconductor device used for inverter control of various electric devices.

エネルギー損失低減の観点から既存のSiパワー電界効果トランジスタ(以下、「Si−MISFET)という。)の限界を打破する半導体材料として、ワイドバンドギャップ半導体(例えば、炭化珪素;SiC)が注目されている。   Wide band gap semiconductors (for example, silicon carbide; SiC) have attracted attention as semiconductor materials that break the limits of existing Si power field effect transistors (hereinafter referred to as “Si-MISFETs”) from the viewpoint of reducing energy loss. .

SiC半導体からなるパワー電界効果トランジスタ(以下、「SiC−MISFET」という。)のドリフト領域は、高バンドギャップであることから優れた高耐圧性能を有しており、このことが、一定耐圧を確保しつつ半導体装置の単位面積当たりのオン抵抗(Ron)の低下による導通損失の改善に重要な役割を果たすドリフト領域の薄膜化を可能ならしめている。   The drift region of a power field effect transistor (hereinafter referred to as “SiC-MISFET”) made of an SiC semiconductor has a high bandgap because it has a high band gap, and this ensures a constant breakdown voltage. However, it is possible to reduce the thickness of the drift region that plays an important role in improving conduction loss due to a decrease in on-resistance (Ron) per unit area of the semiconductor device.

即ち、SiC−MISFETのオン抵抗は、ワイドバンドギャップ半導体を用いていることから、Si−MISFETのオン抵抗より遥かに小さく、このSi−MISFETのオン抵抗より一桁以上も抵抗値を下げたSi−IGBTのオン抵抗より下回ると期待され、これにより、これらの既存のスイッチング素子に比較してSiC−MISFETは、そのオン動作時の発熱を抑えて導通損失を低く保てる。   That is, since the on-resistance of the SiC-MISFET uses a wide band gap semiconductor, the Si-MISFET has a resistance value that is much smaller than the on-resistance of the Si-MISFET and has a resistance value lowered by an order of magnitude or more. -Expected to be lower than the on-resistance of the IGBT, which makes it possible for the SiC-MISFET to suppress the heat generation during its on-operation and keep the conduction loss low compared to these existing switching elements.

また、こうしたSiC−MISFETのスイッチング性能は、ユニポーラデバイスであるので、バイポーラデバイス(例えば、IGBT)に比べて、高速化に有利である。   Moreover, since the switching performance of such a SiC-MISFET is a unipolar device, it is advantageous in speeding up compared to a bipolar device (for example, IGBT).

しかしながら、SiC−MISFETであっても半導体装置内のP型領域とn型領域のPN接合から構成される寄生ダイオードにより、逆バイアス時の寄生ダイオードのオン状態からSiC−MISFETのオフへの切り替えにおける逆回復時間の遅れを伴う可能性がある。   However, even in the SiC-MISFET, in the switching from the ON state of the parasitic diode at the time of reverse bias to the OFF state of the SiC-MISFET due to the parasitic diode constituted by the P-type region and the n-type region PN junction in the semiconductor device There may be a delay in reverse recovery time.

例えば、スイッチング素子のターンオフ時にインダクタンス負荷により発生する逆起電力としてのプラス電圧が、ソース電極に印加された場合には、寄生ダイオードを介して少数キャリアとしての正孔がn型領域に注入され、逆回復時間の遅れをきたすことになる。   For example, when a positive voltage as a back electromotive force generated by an inductance load when the switching element is turned off is applied to the source electrode, holes as minority carriers are injected into the n-type region via the parasitic diode, The reverse recovery time will be delayed.

そこで、本件発明者等は以前に、ショットキーダイオードの半導体領域およびMISFETのドリフト領域をSiC材料により構成した上で、ショットキーダイオードおよびMISFETをワンチップとして組み込んだ半導体装置を開発した(特許文献1参照)。   Accordingly, the inventors of the present invention have previously developed a semiconductor device in which the semiconductor region of the Schottky diode and the drift region of the MISFET are made of SiC material and the Schottky diode and the MISFET are incorporated as one chip (Patent Document 1). reference).

この特許文献1に記載の半導体装置(以下、「従来の半導体装置」という。)によれば、隣接するMISFETのP型ウェルの間に存在するn型エピタキシャル成長層の表面に、n型エピタキシャル成長層とショットキー接合する金属電極が配置されている。この従来の半導体装置は、ソース電極にプラス電圧が印加され、仮に少数キャリアとしての正孔がn型領域に注入される状況を想定しても、ソース電極にマイナス電圧が印加された瞬間にショットキーダイオードが速やかに少数キャリア(正孔)を吸い上げることができて、上記寄生ダイオードによる逆回復時間を短縮できる。   According to the semiconductor device described in Patent Document 1 (hereinafter referred to as “conventional semiconductor device”), an n-type epitaxial growth layer is formed on the surface of an n-type epitaxial growth layer existing between P-type wells of adjacent MISFETs. A metal electrode for Schottky bonding is disposed. In this conventional semiconductor device, even when a positive voltage is applied to the source electrode and holes as minority carriers are injected into the n-type region, a shot is performed at the moment when the negative voltage is applied to the source electrode. The key diode can quickly absorb minority carriers (holes), and the reverse recovery time by the parasitic diode can be shortened.

また、この従来の半導体装置では、ショットキーダイオードの順方向の立ち上がり電圧(1V程度)は、寄生ダイオード(PN接合)の順方向の立ち上がり電圧(3V)より低い。これにより、ソース電極にプラス電圧が印加された場合に、ショットキーダイオード(ショットキー電極はソース電極と同電圧)に優先的に順方向電流が流れ、その結果として、寄生ダイオードを介した少数キャリアの注入が発生しにくくなる。   In this conventional semiconductor device, the forward rising voltage (about 1 V) of the Schottky diode is lower than the forward rising voltage (3 V) of the parasitic diode (PN junction). As a result, when a positive voltage is applied to the source electrode, a forward current flows preferentially to the Schottky diode (Schottky electrode has the same voltage as the source electrode), resulting in minority carriers via the parasitic diode. Injection is less likely to occur.

更には、この従来の半導体装置は、ショットキーダイオードおよびMISFETをワンチップに集積可能であることから半導体装置の省スペース化も図れる。
特開2002−203967号公報(図1、図2)
Furthermore, since this conventional semiconductor device can integrate the Schottky diode and the MISFET on a single chip, the space of the semiconductor device can be reduced.
JP 2002-203967 A (FIGS. 1 and 2)

ところで、上記従来の半導体装置を、具体的なインバータ電源回路(例えば、エアコンディショナーコンプレッサ等の3相モータ用のインバータ電源回路)を構成するスイッチング素子として使用する場合、こうしたスイッチング素子の実用化に向けて以下のような課題が顕在化してきた。   By the way, when the conventional semiconductor device is used as a switching element constituting a specific inverter power supply circuit (for example, an inverter power supply circuit for a three-phase motor such as an air conditioner compressor), such a switching element is put to practical use. The following issues have become apparent.

ショットキー接合の金属電極(ショットキー電極)の配置面積は、半導体装置のスイッチング高速化に大きな障害をもたらしはしないが、MISFET内に存在する寄生ダイオードおよびショットキーダイオードに順電圧が印加され両者に電流を流すような状況を勘案すれば、適切な通電能力確保の観点から重要な設計項目であると言える。   The layout area of the Schottky junction metal electrode (Schottky electrode) does not cause a major obstacle to speeding up switching of the semiconductor device, but a forward voltage is applied to both the parasitic diode and the Schottky diode existing in the MISFET. Considering the situation where current flows, it can be said that this is an important design item from the viewpoint of securing an appropriate current-carrying capacity.

実際に、3相モータ用のインバータ電源回路に特許文献1に記載された技術を適用したところ、スイッチング素子ターンオフ時におけるインダクタンス負荷に基づく逆起電力をトリガーにして、ショットキー電極に集中する電流に起因した素子の破壊に至る可能性が見い出された。   Actually, when the technique described in Patent Document 1 is applied to an inverter power supply circuit for a three-phase motor, the current concentrated on the Schottky electrode is triggered by the counter electromotive force based on the inductance load when the switching element is turned off. The possibility that the resulting element was destroyed was found.

また、特許文献1に記載のショットキー電極は、平面視において電界効果トランジスタ領域を囲むように細配線に結ばれた井桁状に配置されている。このため、半導体装置の製造途中において細配線の断線が誘発され易く、これが半導体装置の製造歩留の悪化要因となり得る。   In addition, the Schottky electrode described in Patent Document 1 is arranged in a grid pattern connected to a thin wiring so as to surround the field effect transistor region in a plan view. For this reason, the disconnection of the fine wiring is likely to be induced during the manufacturing of the semiconductor device, which may be a cause of deterioration in the manufacturing yield of the semiconductor device.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、高速スイッチング動作とエネルギー損失低減の両立が図れ、かつ電気機器のインダクタンス負荷等による逆起電力に基づく電流集中耐性に優れた半導体装置および電気機器を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and is a semiconductor device that can achieve both high-speed switching operation and energy loss reduction, and has excellent current concentration tolerance based on counter electromotive force caused by an inductance load of an electric device. And to provide electrical equipment.

上記課題を解決するため、本発明に係る半導体装置は、第1導電型のワイドバンドギャップ半導体からなる半導体層と、前記半導体層の厚み方向に電荷キャリアを移動させる縦型の電界効果トランジスタが形成されたトランジスタセルと、前記半導体層にショットキー電極がショットキー接合されてなるショットキーダイオードが形成されたダイオードセルと、を備え、前記半導体層に、平面視において、仮想の境界ラインにより互いに交差する2方向に配列された4角形の複数のサブ領域が区画され、かつ前記サブ領域の4つの隅部を切り欠くようにして前記サブ領域の残部からなる前記トランジスタセルと前記切り欠かれた部分からなる前記ダイオードセルとが区画されている装置である。   In order to solve the above problems, a semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor layer made of a wide band gap semiconductor of a first conductivity type and a vertical field effect transistor that moves charge carriers in the thickness direction of the semiconductor layer. And a diode cell in which a Schottky diode having a Schottky junction formed on the semiconductor layer is formed, and the semiconductor layer intersects with each other by a virtual boundary line in a plan view. A plurality of quadrangular sub-regions arranged in two directions, and the transistor cell and the cut-out portion comprising the remainder of the sub-region so as to cut out the four corners of the sub-region A device in which the diode cell is divided.

なお、前記複数のサブ領域は、互いに直交する2方向にマトリクス状に配列されても良い。   The plurality of sub-regions may be arranged in a matrix in two directions orthogonal to each other.

また、前記サブ領域の隅部を直線的に切り欠いても良い。   Further, the corner of the sub-region may be cut out linearly.

また、前記ダイオードセルは、前記トランジスタセルとの境界線を4辺とする4角形に区画されても良い。   Further, the diode cell may be partitioned into a quadrangular shape having four sides as boundaries with the transistor cell.

この様に構成された半導体装置によれば、ワイドバンドギャップ半導体からなる電界効果トランジスタ(スイッチング素子)およびワイドバンドギャップ半導体を用いたショットキーダイオード(内蔵ダイオード)を使用していることから、既存のバイポーラデバイス(IGBT)に比べて高速化を実現できる。   According to the semiconductor device configured as described above, a field effect transistor (switching element) made of a wide band gap semiconductor and a Schottky diode (built-in diode) using a wide band gap semiconductor are used. High speed can be realized as compared with a bipolar device (IGBT).

また、ワイドバンドギャップ半導体からなる電界効果トランジスタのオン抵抗は、既存のスイッチング素子(Si−MISFETやIGBT)に比較して充分に小さく、これにより、この電界効果トランジスタのオン動作時の発熱を抑えて導通損失を低く保てる。   In addition, the on-resistance of a field effect transistor made of a wide band gap semiconductor is sufficiently smaller than that of an existing switching element (Si-MISFET or IGBT), thereby suppressing heat generation during on-operation of this field effect transistor. Therefore, conduction loss can be kept low.

更に、ショットキー電極が、ダイオードセルのほぼ全域を幅広に占有可能であることから、例えば、スイッチング素子ターンオフ時における、3相モータのインダクタンス負荷に基づく逆起電力をトリガーにして、ショットキーダイオードのショットキー電極に集中する電流に起因した素子の破壊に適切に対応可能である。このため、前記ショットキー電極は、望ましくは前記ダイオードセルのほぼ全域を占めるように4角形に形成されている。   Furthermore, since the Schottky electrode can occupy almost the entire area of the diode cell, for example, when the switching element is turned off, the back electromotive force based on the inductance load of the three-phase motor is used as a trigger. It is possible to appropriately deal with the destruction of the element due to the current concentrated on the Schottky electrode. Therefore, the Schottky electrode is preferably formed in a quadrangular shape so as to occupy almost the entire area of the diode cell.

なお、前記トランジスタセルは、前記境界ラインと前記ダイオードセルとの境界線を辺とする8角形に区画されても良い
ここで前記電界効果トランジスタは、前記半導体層の表面に設けられた第2導電型のウェルと、前記ウェルの内側に設けられた第1導電型の領域と、前記ウェルおよび前記領域を除いた前記半導体層としてのドリフト領域と、前記領域および前記ウェルに接するように設けられた第1のソース/ドレイン電極と、前記ウェルに絶縁層を介して配設されたゲート電極と、前記ドリフト領域の裏面にオーミックに接続された第2のソース/ドレイン電極と、を有してなるものであっても良い。
The transistor cell may be divided into an octagon having a boundary line between the boundary line and the diode cell as a side. Here, the field effect transistor is a second conductive layer provided on a surface of the semiconductor layer. A well of a type, a region of a first conductivity type provided inside the well, a drift region as the semiconductor layer excluding the well and the region, and provided in contact with the region and the well A first source / drain electrode; a gate electrode disposed on the well via an insulating layer; and a second source / drain electrode connected ohmic to the back surface of the drift region. It may be a thing.

なお、この「ソース/ドレイン電極」との表記は、こうした電極をトランジスタのソース電極として機能させることもドレイン電極として機能させることも可能であることを意味するものである。   Note that the expression “source / drain electrode” means that such an electrode can function as a source electrode or a drain electrode of a transistor.

また、前記サブ領域の平面視における面積に対する前記トランジスタセルの平面視における面積の割合が0.5を超え、かつ0.99以下であっても良い。言い換えると、前記サブ領域の平面視における面積に対する前記ダイオードセルの平面視における面積の割合が0.01を超え、かつ0.5以下であっても良い。   The ratio of the area of the transistor cell in plan view to the area of the subregion in plan view may be more than 0.5 and 0.99 or less. In other words, the ratio of the area of the diode cell in plan view to the area of the sub-region in plan view may be more than 0.01 and 0.5 or less.

前記サブ領域の平面視における面積に対する前記ダイオードセルの平面視における面積の割合を、0.01(1%)および0.5(50%)に設定した場合であっても、従来のPN接合ダイオードを採用した半導体装置に比較して損失低減を図れることが実証される一方、この値が、0.01以下の範囲では、ショットキーダイオードを流れる電流値がその許容電流値を超える可能性が高く、0.5を超える範囲では、電界効果トランジスタの面積占有率の減少によるオン抵抗増加の傾向が見られる。   Even when the ratio of the area of the diode cell in plan view to the area of the sub-region in plan view is set to 0.01 (1%) and 0.5 (50%), the conventional PN junction diode While it is demonstrated that the loss can be reduced as compared with the semiconductor device adopting the semiconductor device, the current value flowing through the Schottky diode is likely to exceed the allowable current value when this value is in the range of 0.01 or less. In the range exceeding 0.5, the on-resistance tends to increase due to a decrease in the area occupancy of the field effect transistor.

また、本発明は、前記交流駆動装置のインバータ電源回路を構成する半導体装置、例えば、前記半導体装置がアームモジュールとして組み込まれている機器に適用することができる。   Further, the present invention can be applied to a semiconductor device that constitutes an inverter power supply circuit of the AC drive device, for example, a device in which the semiconductor device is incorporated as an arm module.

このような電気機器によれば、半導体装置の導通損失は電流に電圧を乗じた値(電流×電圧)に対応することから、従来のPN接合ダイオードの順電圧に比べてショットキーダイオードの順電圧を低く保てることができることによって、半導体装置の損失が、PN接合ダイオードを採用した既存の半導体装置に比較して改善する。   According to such an electrical device, the conduction loss of the semiconductor device corresponds to the value obtained by multiplying the current by the voltage (current × voltage), so that the forward voltage of the Schottky diode is larger than the forward voltage of the conventional PN junction diode. Can be kept low, the loss of the semiconductor device is improved as compared with an existing semiconductor device employing a PN junction diode.

更に、半導体装置のオン状態からオフ状態への切り替え速度が速く、これにより、スイッチング損失が低減可能である。   Furthermore, the switching speed of the semiconductor device from the on-state to the off-state is fast, which can reduce the switching loss.

前記交流駆動装置内のインダクタンス負荷によって発生する逆起電力に基づいて前記電界効果トランジスタの寄生ダイオードおよび前記ショットキーダイオードに印加される電圧は、前記ショットキーダイオードの順方向に立ち上がり電圧より大きく、かつ前記寄生ダイオードの順方向の立ち上がり電圧より小さくして構成されても良い。   The voltage applied to the parasitic diode of the field effect transistor and the Schottky diode based on the back electromotive force generated by the inductance load in the AC drive device is larger than the rising voltage in the forward direction of the Schottky diode, and The parasitic diode may be configured to have a voltage lower than the forward voltage in the forward direction.

また、前記交流駆動装置の一例は、前記インバータ電源回路により駆動される交流モータであり、この交流モータにより、例えばエアコンディショナーのコンプレッサが駆動される。   Moreover, an example of the AC drive device is an AC motor driven by the inverter power supply circuit, and, for example, a compressor of an air conditioner is driven by the AC motor.

本発明によれば、高速スイッチング動作とエネルギー損失低減の両立が図れ、かつ電気機器のインダクタンス負荷等による逆起電力に基づく電流集中耐性に優れた半導体装置および電気機器が得られる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the high-speed switching operation | movement and energy loss reduction can be achieved, and the semiconductor device and electric equipment excellent in the current concentration tolerance based on the counter electromotive force by the inductance load etc. of an electric equipment are obtained.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施の形態による半導体装置の一構成例を示した平面図である。また、図2は、図1のA−A線に沿った部分の半導体装置の断面図である。以下の説明において、「n」または「p」は導電型を示し、これらを記した層や領域は、それぞれ電子または正孔がキャリアであることを意味する。また、「+」は不純物濃度が高いこと、「−」は不純物濃度が低いことを意味する。   FIG. 1 is a plan view showing a configuration example of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of the semiconductor device at a portion along line AA in FIG. In the following description, “n” or “p” indicates a conductivity type, and the layer or region in which these are written means that electrons or holes are carriers. “+” Means that the impurity concentration is high, and “−” means that the impurity concentration is low.

図1および図2に示す如く、半導体装置100の平面視において、SiC層3(半導体層)は、仮想の横境界ライン30aおよび縦境界ライン30bからなる境界ライン30により互いに交差(ここでは直交)する2方向にマトリクス状に均等(等面積)に区画された複数の4角形(ここでは正方形)のサブ領域101を配列して構成されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, in a plan view of semiconductor device 100, SiC layer 3 (semiconductor layer) intersects each other by a boundary line 30 including virtual horizontal boundary line 30a and vertical boundary line 30b (here, orthogonal). A plurality of quadrangular (here, square) sub-regions 101 that are equally divided (equal area) in a matrix form in two directions are arranged.

また、SiC層3の厚み方向に電子を移動させる縦型の電界効果トランジスタ102(以下、「SiC−MISFET102」という。;図2参照)が形成されたトランジスタセル101Tは、4角形(ここでは正方形)の複数のダイオードセル31の領域を形成するように、サブ領域101の4隅部を切り欠く如く区画して構成され、かつSiC層3(ドリフト領域3a;図2参照)にショットキー接合したショットキー電極9が、このダイオードセル31の中に配設されてなる。即ち、サブ領域101の4隅部を切り欠くようにして得られるサブ領域101の残部からなるトランジスタセル101Tと、切り欠かれた部分からなるダイオードセル31とが、SiC層3に区画されてなる。   Further, a transistor cell 101T in which a vertical field effect transistor 102 (hereinafter referred to as “SiC-MISFET 102”; see FIG. 2) that moves electrons in the thickness direction of the SiC layer 3 is formed in a quadrangular shape (here, a square shape). ) Are formed so as to cut out the four corners of the sub-region 101, and are joined to the SiC layer 3 (drift region 3a; see FIG. 2). A Schottky electrode 9 is disposed in the diode cell 31. That is, the transistor cell 101T that is the remaining portion of the sub-region 101 obtained by cutting out the four corners of the sub-region 101 and the diode cell 31 that is formed of the cut-out portion are partitioned by the SiC layer 3. .

なお、図1に2点鎖線を付して示した境界ライン30は、特許請求の範囲や明細書の内容を説明し易くする趣旨から、互いに接触するサブ領域101の中央を通るように便宜上引いた仮想線であって、本技術を具現化した製品に実在するものでは無く、また、SiC−MISFET102の形状に依存して、こうした境界ライン30の図示も適宜、変更される。   Note that the boundary line 30 indicated by a two-dot chain line in FIG. 1 is drawn for convenience so as to pass through the center of the sub-regions 101 that are in contact with each other for the purpose of facilitating the explanation of the scope of the claims and the description. The imaginary line is not actually present in the product embodying the present technology, and the illustration of the boundary line 30 is appropriately changed depending on the shape of the SiC-MISFET 102.

但し、この様な仮想線でサブ領域101が区画されていたとしても、このサブ領域101は、サブ領域101毎にSiC−MISFET102が形成され、かつ図1から容易に理解されるとおり、その外延をゲート電極8の形状により特定可能である。   However, even if the sub-region 101 is partitioned by such imaginary lines, the sub-region 101 has a SiC-MISFET 102 formed for each sub-region 101, and its extension is easily understood from FIG. Can be specified by the shape of the gate electrode 8.

トランジスタセル101Tおよびダイオードセル31の配置例としては、より詳しくは、図1の部分拡大図に示す如く、隣接するトランジスタセル101Tの間の境界ライン30上の基点32において隣接するトランジスタセル101T同士が、隣接するトランジスタセル101T間のダイオードセル31を形成するように離間してなる。   More specifically, as an arrangement example of the transistor cell 101T and the diode cell 31, as shown in a partially enlarged view of FIG. 1, adjacent transistor cells 101T at a base point 32 on a boundary line 30 between adjacent transistor cells 101T are arranged. The diode cells 31 between the adjacent transistor cells 101T are separated from each other.

隣接するトランジスタセル101Tは互いに、境界ライン30上の基点32から境界ライン30に対して斜め直線逆方向(傾斜角:45°)にサブ領域101Tを切り欠くように離間して構成される。よって、ダイオードセル31は、トランジスタセル101Tとの境界線を4辺として、4つの基点32を各々、4つの角とする矩形(正方形)に区画される。一方、トランジスタセル101Tは、ダイオードセル31との境界線および仮想の境界ライン30を各辺として、4つの仮想の境界ライン30の各々に点在する2つの基点32の各々を、8つの角とする8角形に区画される。   Adjacent transistor cells 101T are configured to be separated from each other so as to cut out the sub-region 101T from the base point 32 on the boundary line 30 to the boundary line 30 in the diagonally reverse direction (inclination angle: 45 °). Therefore, the diode cell 31 is divided into rectangles (squares) each having four sides of the boundary line with the transistor cell 101T and four base points 32 having four corners. On the other hand, the transistor cell 101T has a boundary line with the diode cell 31 and a virtual boundary line 30 as sides, and each of the two base points 32 scattered on each of the four virtual boundary lines 30 has eight corners. Is divided into octagons.

こうしたトランジスタセル101Tおよびダイオードセル31の配置例により、ダイオードセル31は、トランジスタセル101Tに囲まれて満遍なく均等に配置され得て、その結果、ダイオードセル31のトータル占有表面積(ショットキーダイオード103を含む領域の表面積)が、トランジスタセル101Tのトータル占有表面積(SiC−MISFET102を含む領域の表面積)に対して適正に調整されることになる。   With the arrangement example of the transistor cells 101T and the diode cells 31, the diode cells 31 can be evenly and uniformly arranged surrounded by the transistor cells 101T. As a result, the total occupied surface area of the diode cells 31 (including the Schottky diode 103) The surface area of the region is appropriately adjusted with respect to the total occupied surface area of the transistor cell 101T (surface area of the region including the SiC-MISFET 102).

より詳しくは、この半導体装置100では、図1に示す如く、サブ領域101の幅寸法を「L」として、ダイオードセル31の一辺の、境界ライン30(図1では、横境界ライン30a)の方向に平行な方向の幅寸法を「S」とした場合に、このLとSとの間の関係式が、後程述べる半導体装置100の導通損失との兼ね合いからL/10√2<S≦L/2の範囲になるように、トランジスタセル101Tおよびダイオードセル31の占有表面積の割合が設定されている。   More specifically, in this semiconductor device 100, as shown in FIG. 1, the width dimension of the sub-region 101 is set to “L”, and the direction of the boundary line 30 (lateral boundary line 30 a in FIG. 1) on one side of the diode cell 31. When the width dimension in the direction parallel to L is S, the relational expression between L and S is L / 10√2 <S ≦ L / in view of the balance with the conduction loss of the semiconductor device 100 described later. The ratio of the occupied surface area of the transistor cell 101T and the diode cell 31 is set so as to be in the range of 2.

SiC−MISFET102は、トランジスタセル101Tの内部において、図1の部分拡大図および図2に示す如く、SiC半導体からなるn+型の半導体基板2と、この半導体基板2の表面にエピタキシャル成長法により、所定の厚み(例えば10μm)に形成されたn-型のSiC層3と、このSiC層3の表面の直下に設けられ、アルミニウムイオン等のアクセプタを注入した、平面視において8角形(図1の部分拡大図参照)のp型ウェル4と、p型ウェル4の領域内に、窒素イオン等のドナーを注入した、平面視において8角形かつ環状(図1の部分拡大図参照)のn+型のソース領域5と、SiC層3のソース領域5およびp型ウェル領域4以外の部分からなるドリフト領域3aと、p型ウェル4のソース領域5の外周の周囲に位置する部分である、平面視において8角形かつ環状(図1の部分拡大図参照)のチャネル領域4cと、チャネル領域4cを覆うと共にソース領域5の外周を跨ぎソース領域5の内側に延びるようにしてソース領域5の一部を覆って堆積された、SiO2材料からなるゲート絶縁膜7と、このゲート絶縁膜7の表面全域にチャネル領域4cに対向するように形成された、アルミニウム金属(Al)からなるゲート電極8と、p型ウェル4の中央部分(ソース領域5の中央開口部内に位置する部分)を覆うと共に、ソース領域5の内周を跨ぎソース領域5の内側に延びるようにしてソース領域5の一部を8角形かつ環状に覆い、平面視において8角形(図1の部分拡大図参照)のソース電極6と、ドレイン領域3aの裏面にオーミックに接続するように半導体基板2の裏面全域に形成されたドレイン電極10と、を有して構成されている。ドレイン電極10およびソース電極6の材料としては、例えばニッケル金属(Ni)が用いられる。 The SiC-MISFET 102 includes an n + -type semiconductor substrate 2 made of SiC semiconductor and a predetermined surface of the semiconductor substrate 2 by an epitaxial growth method, as shown in the partial enlarged view of FIG. 1 and FIG. An n -type SiC layer 3 formed to a thickness of 10 μm (for example, 10 μm), and an octagonal shape (part of FIG. 1) provided immediately below the surface of the SiC layer 3 and implanted with an acceptor such as aluminum ions. a p-type well 4 of the reference enlarged view), in the region of the p-type well 4, the nitrogen ions donors were injected, the n + -type octagonal and circular in plan view (see partially enlarged view of FIG. 1) Around the periphery of the source region 5, the drift region 3 a composed of portions other than the source region 5 and the p-type well region 4 of the SiC layer 3, and the source region 5 of the p-type well 4 The channel region 4c, which is an octagonal and annular shape (see the partially enlarged view of FIG. 1), which covers the channel region 4c, extends across the outer periphery of the source region 5 and extends inside the source region 5. A gate insulating film 7 made of SiO 2 material deposited so as to cover a part of the source region 5, and an aluminum metal (Al) formed over the entire surface of the gate insulating film 7 so as to face the channel region 4c. ) And the central portion of the p-type well 4 (portion located in the central opening of the source region 5), and extends inside the source region 5 across the inner periphery of the source region 5. A part of the source region 5 is covered with an octagon and an annular shape, and is connected ohmically to the octagonal (see partially enlarged view of FIG. 1) source electrode 6 and the back surface of the drain region 3a in plan view. It is configured to include a drain electrode 10 formed on the entire back surface of the sea urchin semiconductor substrate 2, a. For example, nickel metal (Ni) is used as the material of the drain electrode 10 and the source electrode 6.

なお、図1および図2から容易に理解されるとおり、多数のSiC−MISFET102が、ドリフト領域3aおよびドレイン電極10を共有してワンチップに集積化して並列配置されている。   As can be easily understood from FIGS. 1 and 2, a large number of SiC-MISFETs 102 are integrated and arranged in one chip in common, sharing the drift region 3 a and the drain electrode 10.

ここで、n+型のソース領域5からドレイン電極10に向かう電子は、図2の点線矢印201で示す如く、p型ウェル4の近傍においては横方向(水平方向)に移動する箇所が存在することから、こうした電子の移動スペース確保のため、p型ウェル4の表面積は、サブ領域101の表面積よりも小さく構成されている。 Here, as indicated by a dotted arrow 201 in FIG. 2, electrons moving from the n + -type source region 5 to the drain electrode 10 have a portion that moves in the lateral direction (horizontal direction) in the vicinity of the p-type well 4. Therefore, the surface area of the p-type well 4 is configured to be smaller than the surface area of the sub-region 101 in order to secure such an electron movement space.

また、ゲート絶縁膜7およびゲート電極8は、コンタクトホールH1、H2を除いてSiC層3の表面全域に形成される。一方、コンタクトホールH1は、トランジスタセル101T内に位置するようにゲート絶縁膜7に形成され、その中にソース電極6が設けられている。   Gate insulating film 7 and gate electrode 8 are formed over the entire surface of SiC layer 3 except for contact holes H1 and H2. On the other hand, the contact hole H1 is formed in the gate insulating film 7 so as to be located in the transistor cell 101T, and the source electrode 6 is provided therein.

ソース電極6およびドレイン電極10と半導体(SiC層3)との間は各々、ソース領域5およびp型ウェル4並びに半導体基板2によってオーミック接続されている。   The source electrode 6 and the drain electrode 10 and the semiconductor (SiC layer 3) are ohmically connected by the source region 5, the p-type well 4, and the semiconductor substrate 2, respectively.

ここで、SiC層3(SiCのバンドギャップ:3.02eV)は、シリコン半導体(バンドギャップ:1.11eV)やGaAs半導体(バンドギャップ:1.43eV)のバンドキャップよりも広いワイドバンドキャップ半導体から構成されている。   Here, the SiC layer 3 (SiC band gap: 3.02 eV) is a wide band cap semiconductor wider than the band cap of a silicon semiconductor (band gap: 1.11 eV) or a GaAs semiconductor (band gap: 1.43 eV). It is configured.

ワイドバンドギャップ半導体とは、半導体の性質を特徴づける材料パラメータであるエネルギーバンドギャップがシリコン半導体やGaAs半導体などのそれに比べて大きい半導体のことであり、本明細書においては例えば2eV以上のバンドギャップを有する半導体材料のことを総称していうこととする。   A wide band gap semiconductor is a semiconductor whose energy band gap, which is a material parameter that characterizes the properties of a semiconductor, is larger than that of a silicon semiconductor or GaAs semiconductor. In this specification, for example, a band gap of 2 eV or more is used. The semiconductor materials are collectively referred to.

ワイドバンドギャップ半導体材料の例としては、SiCの他に、GaN(バンドギャップ:3.39eV)またはAlN(バンドギャップ:6.30eV)等のIII族窒化物、ダ
イヤモンドが挙げられる。
Examples of the wide band gap semiconductor material include group nitrides such as GaN (band gap: 3.39 eV) or AlN (band gap: 6.30 eV), and diamond in addition to SiC.

また、ショットキーダイオード103は、図2に示す如く、コンタクトホールH2が、ダイオードセル31内に位置するようにゲート絶縁膜7に形成され、その中に、このダイオードセル31のSiC層3(ドリフト領域3a)の表面全域を覆うように、図1に示した平面視において矩形(ここでは正方形)のNiからなるショットキー電極9(アノード側)を有して構成されている。なお、矩形のショットキー電極9は、電界集中回避の観点から角を丸めても良い。   Further, as shown in FIG. 2, the Schottky diode 103 is formed in the gate insulating film 7 so that the contact hole H2 is located in the diode cell 31, and the SiC layer 3 (drift of the diode cell 31) is formed therein. The Schottky electrode 9 (anode side) made of Ni having a rectangle (here square) in the plan view shown in FIG. 1 is formed so as to cover the entire surface of the region 3a). The rectangular Schottky electrode 9 may have rounded corners from the viewpoint of avoiding electric field concentration.

ここで、ショットキー電極9からドレイン電極10に向かう電流は、ダイオードセル31の全域に亘って縦方向(垂直方向)に流れることから、ショットキー電極9の表面積は、ダイオードセル31の表面積とほぼ等しく構成され、電流を充分に多く流せるようになっている。   Here, since the current from the Schottky electrode 9 toward the drain electrode 10 flows in the vertical direction (vertical direction) over the entire area of the diode cell 31, the surface area of the Schottky electrode 9 is almost equal to the surface area of the diode cell 31. They are equally configured to allow a large amount of current to flow.

勿論、ショットキー電極9の面積を更に稼ぐために、ショットキー電極9を、ダイオードセル31に連なる4つの境界ライン30の方向に沿ってこれらの境界ライン30に対応するSiC層3の表面上に延在させても良く、複数の正方形のショットキー電極9が互いに、境界ライン30に沿って配されたショットキー電極(不図示)を介して連結されても良い。   Of course, in order to further increase the area of the Schottky electrode 9, the Schottky electrode 9 is placed on the surface of the SiC layer 3 corresponding to these boundary lines 30 along the direction of the four boundary lines 30 connected to the diode cell 31. The plurality of square Schottky electrodes 9 may be connected to each other via Schottky electrodes (not shown) arranged along the boundary line 30.

なお、上記ドレイン電極10は、トランジスタセル101Tからダイオードセル31を跨ぐようにしてダイオードセル31に対向する半導体基板2の裏面に延びて設けられている。このドレイン電極10を介して、ショットキーダイオード103のカソード側の半導体(SiC層3)に電圧が印加される。   The drain electrode 10 extends from the transistor cell 101T to the back surface of the semiconductor substrate 2 facing the diode cell 31 so as to straddle the diode cell 31. A voltage is applied to the semiconductor (SiC layer 3) on the cathode side of the Schottky diode 103 via the drain electrode 10.

また、各ソース電極6同士の電気接続およびソース電極6とショットキー電極9との間の電気接続は、第1配線11(例えば、適宜の層間絶縁層(不図示)と適宜のコンタクトホール(不図示)により構築される配線)を介してなされ、これらのソース電極6およびショットキー電極9には、半導体パッケージ(不図示)の適所に設けたソース端子Sを介して電源の接地電位(マイナス電圧)側に結線される。   In addition, the electrical connection between the source electrodes 6 and the electrical connection between the source electrode 6 and the Schottky electrode 9 are performed by connecting the first wiring 11 (for example, an appropriate interlayer insulating layer (not shown) and an appropriate contact hole (not shown). The source electrode 6 and the Schottky electrode 9 are connected to the ground potential (minus voltage) of the power source via the source terminal S provided at an appropriate position of the semiconductor package (not shown). ) Side is connected.

即ち、ショットキー電極9は、この第1配線11によりソース電極6と電気接続されている。   That is, the Schottky electrode 9 is electrically connected to the source electrode 6 by the first wiring 11.

また、平面視において、コンタクトホールH1、H2(図2参照)の領域を除いてSiC層3の表面のほぼ全域に井桁状に形成されたゲート電極8は、ゲート配線12(例えば、上記層間絶縁層と適宜のコンタクトホール(不図示)により構築される配線)と半導体パッケージの適所に設けたゲート端子Gと、を介して所定の制御信号電圧がソース電極6との間に印加される。   Further, in a plan view, the gate electrode 8 formed in a cross-beam shape over almost the entire surface of the SiC layer 3 except for the regions of the contact holes H1 and H2 (see FIG. 2) is connected to the gate wiring 12 (for example, the interlayer insulating layer). A predetermined control signal voltage is applied between the source electrode 6 through a layer, an appropriate contact hole (not shown), and a gate terminal G provided at an appropriate position of the semiconductor package.

また、ドレイン電極10は、半導体パッケージの適所に設けたドレイン端子Dを介して電源のスイッチング電圧(プラス電圧)側に結線される。   Further, the drain electrode 10 is connected to the switching voltage (plus voltage) side of the power supply via the drain terminal D provided at an appropriate position of the semiconductor package.

このような半導体装置100のSiC−MISFET102においては、ゲート電極8にソース電極6に対してプラス電圧を印加することにより、チャネル領域4cに電子が引きつけられてその部分がn型に反転して、その結果、チャネルが形成され、これによりSiC−MISFET102がオンする。ソース領域5からチャネル領域4cおよびSiC層3を経てドレイン電極10に向かう電子は、主に図2の点線矢印201で示した経路を移動することになり、その結果として、ドリフト電流がSiC層3の内部を縦方向に流れる。   In the SiC-MISFET 102 of the semiconductor device 100 as described above, by applying a positive voltage to the gate electrode 8 with respect to the source electrode 6, electrons are attracted to the channel region 4c and the portion is inverted to n-type, As a result, a channel is formed, and thereby the SiC-MISFET 102 is turned on. Electrons traveling from the source region 5 to the drain electrode 10 through the channel region 4c and the SiC layer 3 mainly move along a path indicated by a dotted arrow 201 in FIG. 2, and as a result, the drift current is generated in the SiC layer 3. Flows vertically in the interior.

また、SiC−MISFET102に存在する寄生ダイオード(p型ウェル4とn-型のSiC層3との間のPN接合に基づくダイオード)およびショットキーダイオード103(ソース端子Sとドレイン端子Dとの間)に、例えば3相モータのインダクタンス負荷による逆起電力に基づく順電圧が印加された場合、ショットキーダイオード103の順方向立ち上がり電圧(1V程度)は、寄生ダイオード(PN接合)の順方向立ち上がり電圧(3V)より低いことから、ショットキーダイオード103に優先的に順方向電流を流してSiC層3への少数キャリア(正孔)注入を適切に回避可能になる。 Further, a parasitic diode (a diode based on a PN junction between the p-type well 4 and the n -type SiC layer 3) and a Schottky diode 103 (between the source terminal S and the drain terminal D) existing in the SiC-MISFET 102. For example, when a forward voltage based on a counter electromotive force due to an inductance load of a three-phase motor is applied, the forward rising voltage (about 1 V) of the Schottky diode 103 is equal to the forward rising voltage of the parasitic diode (PN junction) ( 3V), it is possible to appropriately avoid the injection of minority carriers (holes) into the SiC layer 3 by flowing a forward current through the Schottky diode 103 preferentially.

同様の理由により、半導体装置100にサージ電圧等の瞬間的過電圧が印加された際に、ショットキーダイオード103に過電圧によるリーク電流を優先的に流すことで過電圧を緩和させることが可能であり、その結果、SiC−MISFET102の絶縁破壊を未然に防げる。   For the same reason, when an instantaneous overvoltage such as a surge voltage is applied to the semiconductor device 100, it is possible to reduce the overvoltage by preferentially causing a leakage current due to the overvoltage to flow through the Schottky diode 103. As a result, the dielectric breakdown of the SiC-MISFET 102 can be prevented beforehand.

更に、サブ領域101の四隅を切り欠いた部分にダイオードセル31(ショットキー電極9)を設ける構成を採用したことにより、以下に述べる如く、半導体装置100の絶縁耐圧性能が改善する。   Further, by adopting a configuration in which the diode cell 31 (Schottky electrode 9) is provided in a portion where the four corners of the sub-region 101 are notched, the dielectric strength performance of the semiconductor device 100 is improved as described below.

半導体基板2の表裏に設けられたソース電極6とドレイン電極10の間に電圧を印加して、SiC−MISFET102をオフ状態に保った場合には、半導体基板2の表面(ソース電極6)と裏面(ドレイン電極10)の間に高電圧が印加された状態になる。このような状態で、高電圧に基づく絶縁破壊を起こさないことが、パワーデバイスの基本性能として要求されている。   When a voltage is applied between the source electrode 6 and the drain electrode 10 provided on the front and back surfaces of the semiconductor substrate 2 to keep the SiC-MISFET 102 in the off state, the front surface (source electrode 6) and the back surface of the semiconductor substrate 2 A high voltage is applied between (drain electrode 10). In such a state, it is required as a basic performance of the power device not to cause dielectric breakdown based on a high voltage.

ここで、仮に、仮想の横境界ライン30aと縦境界ライン30bにより互いに交差する2方向にマトリクス状に区画された4角形の複数のサブ領域101を、上記ダイオードセル31を設けること無く、トランジスタセル101Tとした場合であれば、上記高電圧印加の際に、サブ領域101の四隅部分、とりわけ横境界ライン30aと縦境界ライン30bとの交差点近傍において高電圧に基づく電界集中が大きくなる。そして、この交差点近傍では、ドリフト領域3aの表面にゲート絶縁膜7を介したゲート電極8が配置される構成であり、これにより、ゲート電極8との間で絶縁破壊し易い。つまり、この様な半導体装置の絶縁破壊は、縦および横境界ライン30b、30aの交差点近傍で起きることが多い。   Here, it is assumed that a plurality of rectangular sub-regions 101 partitioned in a matrix form in two directions intersecting each other by a virtual horizontal boundary line 30a and a vertical boundary line 30b are formed in a transistor cell without providing the diode cell 31. In the case of 101T, when the high voltage is applied, the electric field concentration based on the high voltage increases at the four corners of the sub-region 101, particularly in the vicinity of the intersection of the horizontal boundary line 30a and the vertical boundary line 30b. In the vicinity of this intersection, the gate electrode 8 is disposed on the surface of the drift region 3 a with the gate insulating film 7 interposed therebetween, so that dielectric breakdown is easily generated between the gate electrode 8 and the gate electrode 8. That is, such breakdown of the semiconductor device often occurs near the intersection of the vertical and horizontal boundary lines 30b and 30a.

これに比べて、本実施の形態による半導体装置100は、以上に述べた如く、サブ領域101の四隅を切り欠いて、ここにショットキー電極9を導入して、絶縁破壊の発生し易い部分(交差点近傍)をショットキー電極9で覆って構成されている。このような構成により、この半導体装置100は、ゲート電極8との間で絶縁破壊し難くなったため、絶縁耐圧をあげることができる。具体的には、本実施の形態による半導体装置100によれば、サブ領域101の四隅を切り欠かずに、この部分をトランジスタセル101Tとした従来の半導体装置の絶縁耐圧(約600V)よりも高い絶縁耐圧(約700V)が得られた。   In contrast, in the semiconductor device 100 according to the present embodiment, as described above, the four corners of the sub-region 101 are notched, and the Schottky electrode 9 is introduced here, so that the dielectric breakdown easily occurs ( The vicinity of the intersection) is covered with a Schottky electrode 9. With this configuration, the semiconductor device 100 can hardly withstand breakdown with the gate electrode 8, so that the withstand voltage can be increased. Specifically, according to the semiconductor device 100 according to the present embodiment, the dielectric strength (about 600 V) of the conventional semiconductor device in which the four corners of the sub-region 101 are not cut out and this portion is the transistor cell 101T is higher. An insulation breakdown voltage (about 700 V) was obtained.

次に、本実施の形態による半導体装置100の製造方法を、図2を参照して説明する。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIG.

但し、ここでは各製造工程途中の図示を省く。このため、本製造方法の説明に際しては、製造工程途中の各構成部分の参照符号の説明を便宜上、図2に示した完成品の符号により代用する。   However, illustration in the middle of each manufacturing process is omitted here. For this reason, in the description of this manufacturing method, the reference numerals of the constituent parts in the course of the manufacturing process are substituted with the reference numerals of the finished product shown in FIG. 2 for convenience.

まず、窒素濃度が3×1018cm-3となるように窒素がドープされたn+型の4H−SiC(0001)Si面の[11−20]方向4度オフカット面を有する半導体基板2が用意される。 First, the semiconductor substrate 2 having an [11-20] direction 4 degree off-cut surface of an n + -type 4H—SiC (0001) Si surface doped with nitrogen so that the nitrogen concentration becomes 3 × 10 18 cm −3. Is prepared.

次いで、この半導体基板2が洗浄された後に、上記オフカット面に、1.3×1016cm-3濃度に調整された窒素ドープのn-型のエピタキシャル成長層としてのSiC層3が、CVD法により厚み10μmに調整して成膜される。 Next, after the semiconductor substrate 2 is cleaned, a SiC layer 3 as a nitrogen-doped n type epitaxial growth layer adjusted to a concentration of 1.3 × 10 16 cm −3 is formed on the off-cut surface by a CVD method. Is adjusted to a thickness of 10 μm.

そして、SiC層3の表面の適所を開口するマスク(図示せず)を配置して、SiC層3の表面に向けて30〜700keVの範囲内の4段のイオンエネルギーを適宜選択して、2×1014cm-2濃度のドーズ量でアルミニウムイオンが、開口を介して注入される。このイオン注入より、SiC層3の表層に、深さ0.8μm程度のp型ウェル4が島状に形成される。 Then, a mask (not shown) that opens an appropriate position on the surface of the SiC layer 3 is arranged, and four stages of ion energies within a range of 30 to 700 keV are appropriately selected toward the surface of the SiC layer 3, and 2 Aluminum ions are implanted through the opening at a dose of × 10 14 cm -2 concentration. By this ion implantation, a p-type well 4 having a depth of about 0.8 μm is formed in an island shape on the surface layer of the SiC layer 3.

その後、p型ウェル4の表面の適所を開口する別のマスク(図示せず)を用いて、p型ウェル4に対して30〜180keVのエネルギーであって、1.4×1015cm-2濃度のドーズ量で窒素イオンが注入され、n+型のソース領域5が形成される。 Then, using another mask (not shown) that opens an appropriate position on the surface of the p-type well 4, the energy of the p-type well 4 is 30 to 180 keV and is 1.4 × 10 15 cm −2. Nitrogen ions are implanted at a concentration dose, and an n + -type source region 5 is formed.

続いて、この半導体基板2は、Ar雰囲気に曝して1700℃の温度に保って熱処理を約1時間に亘って施され、上記イオン注入領域が活性化される。   Subsequently, the semiconductor substrate 2 is exposed to an Ar atmosphere and kept at a temperature of 1700 ° C. and subjected to heat treatment for about 1 hour, and the ion implantation region is activated.

次に、この半導体基板2は、酸化処理炉内において1100℃の温度に保って、3時間に亘ってウェット酸化される。この酸化処理により、SiC層3の表面全域には、厚み40nmのシリコン酸化膜(最終的には、この膜は、ゲート絶縁膜7として機能する。)が形成される。   Next, the semiconductor substrate 2 is wet-oxidized for 3 hours while maintaining a temperature of 1100 ° C. in an oxidation treatment furnace. By this oxidation treatment, a silicon oxide film having a thickness of 40 nm (finally, this film functions as the gate insulating film 7) is formed on the entire surface of the SiC layer 3.

このシリコン酸化膜に、フォトリソグラフィー技術およびエッチング技術を用いてコンタクトホールH1、H2がパターニングして形成される。   Contact holes H1 and H2 are formed in the silicon oxide film by patterning using a photolithography technique and an etching technique.

そして、コンタクトホールH1の内側のSiC層3の表面に、Niからなるソース電極6が設けられ、半導体基板2の裏面に、Niからなるドレイン電極10が設けられる。なお、このNiの層を堆積した後、適宜の熱処理が施され、これにより、上記電極6、10と半導体(SiC層3)との間が、ソース領域5およびp型ウェル4並びに半導体基板2を介してオーミック接続される。   A source electrode 6 made of Ni is provided on the surface of the SiC layer 3 inside the contact hole H 1, and a drain electrode 10 made of Ni is provided on the back surface of the semiconductor substrate 2. After the Ni layer is deposited, an appropriate heat treatment is performed, whereby the source region 5 and the p-type well 4 and the semiconductor substrate 2 are formed between the electrodes 6 and 10 and the semiconductor (SiC layer 3). Is connected through an ohmic connection.

また、シリコン酸化膜の表面には、Alからなるゲート電極8およびゲート配線12が選択的にパターニング形成されている。   A gate electrode 8 and a gate wiring 12 made of Al are selectively formed on the surface of the silicon oxide film.

更には、コンタクトホールH2の底に露出するSiC層3の表面には、Niからなるショットキー電極9が選択的にパターニング形成されている。   Further, a Schottky electrode 9 made of Ni is selectively patterned on the surface of the SiC layer 3 exposed at the bottom of the contact hole H2.

この様にして、半導体装置100(700V耐圧、3mm□において電流値20A定格)が得られる。   In this way, the semiconductor device 100 (700V withstand voltage, current value 20A rating at 3mm □) is obtained.

ここで、本実施の形態による半導体装置100を、電気機器のパワーエレクトロニクス制御装置としてのインバータ電源回路に応用した例を述べる。   Here, an example will be described in which the semiconductor device 100 according to the present embodiment is applied to an inverter power supply circuit as a power electronics control device of an electric device.

図3は、本実施の形態による半導体装置を、エアコンディショナー用コンプレッサの3相モータの駆動に適用したインバータモータ駆動系の一構成例を示した図である。   FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of an inverter motor drive system in which the semiconductor device according to the present embodiment is applied to drive a three-phase motor of an air conditioner compressor.

図3によれば、インバータモータ駆動系105は、3相インバータ電源回路106と、3相(交流)モータ107(交流駆動装置)と、を備えて構成されている。   According to FIG. 3, the inverter motor drive system 105 includes a three-phase inverter power supply circuit 106 and a three-phase (AC) motor 107 (AC drive device).

3相インバータ電源回路106は、上記SiC−MISFET102と上記ショットキーダイオード103とを逆並列に接続してなる回路をワンチップに集積して構成された6個の上段および下段のアームモジュール100H、L(半導体装置)を有してなる。   The three-phase inverter power supply circuit 106 includes six upper and lower arm modules 100H, L configured by integrating a circuit formed by connecting the SiC-MISFET 102 and the Schottky diode 103 in antiparallel to one chip. (Semiconductor device).

より詳しくは、この3相インバータ電源回路106は、上段アームモジュール100Hのソース端子S(図2参照)と、下段アームモジュール100Lのドレイン端子D(図2参照)と、を上下2段に直列接続してなるアームモジュールの対108(以下、「相スイッチング回路108」という。)を、3個並列に接続して構成されている。   More specifically, the three-phase inverter power supply circuit 106 has a source terminal S (see FIG. 2) of the upper arm module 100H and a drain terminal D (see FIG. 2) of the lower arm module 100L connected in series in two upper and lower stages. Thus, three arm module pairs 108 (hereinafter referred to as “phase switching circuit 108”) are connected in parallel.

また、相スイッチング回路108の各々においては、上段アームモジュール100Hのドレイン端子Dが、高電圧給電端子21に接続され、下段アームモジュール100Lのソース端子Sが、接地端子22に接続されている。   In each of the phase switching circuits 108, the drain terminal D of the upper arm module 100H is connected to the high-voltage power supply terminal 21, and the source terminal S of the lower arm module 100L is connected to the ground terminal 22.

また、上段アームモジュール100Hのソース端子Sと下段アームモジュール100Lのドレイン端子Dとを結線した結線部分(中点)110の各々が、3相モータ107の3つの入力端子20の各々に接続されている。   Further, each of the connection portions (middle points) 110 connecting the source terminal S of the upper arm module 100H and the drain terminal D of the lower arm module 100L is connected to each of the three input terminals 20 of the three-phase motor 107. Yes.

なお、各上段および下段アームモジュール100H、100Lのゲート端子G(図2参照)は、適宜のインバータ用マイコンを含む制御回路(図示せず)に接続されている。   Note that the gate terminals G (see FIG. 2) of the upper and lower arm modules 100H and 100L are connected to a control circuit (not shown) including an appropriate inverter microcomputer.

上記インバータモータ駆動系105では、相スイッチング回路108の各々に設けられた上段アームモジュール100Hと下段アームモジュール100Lのオンおよびオフのタイミングを調整することにより、相スイッチング回路108の各々の中点に相当する結線部分110の電圧を変調することが可能になる。   In the inverter motor drive system 105, the ON / OFF timing of the upper arm module 100H and the lower arm module 100L provided in each of the phase switching circuits 108 is adjusted to correspond to the midpoint of each of the phase switching circuits 108. It is possible to modulate the voltage of the connecting portion 110 to be connected.

要するに、結線部分110の電圧は、下段アームモジュール100Lをオンにして、かつ上段アームモジュール100Hをオフにすれば、接地電位となり、下段アームモジュール100Lをオフにして、かつ上段アームモジュール100Hをオンにすれば、所定の高電圧になる。   In short, if the lower arm module 100L is turned on and the upper arm module 100H is turned off, the voltage of the connection portion 110 becomes the ground potential, the lower arm module 100L is turned off, and the upper arm module 100H is turned on. Then, a predetermined high voltage is obtained.

こうすれば、上段および下段アームモジュール100H、100Lのオンまたはオフのスイッチング周波数に応じて、結線部分110を介して3相インバータ電源回路106により給電される3相モータ107の電源周波数を変えることが可能になり、3相モータ107のモータ回転速度が自在かつ連続的、しかも効率良く変えられるようになる。   In this way, the power supply frequency of the three-phase motor 107 fed by the three-phase inverter power supply circuit 106 via the connection portion 110 can be changed according to the on / off switching frequency of the upper and lower arm modules 100H and 100L. Thus, the motor rotation speed of the three-phase motor 107 can be changed freely, continuously, and efficiently.

この様なインバータモータ駆動系105によれば、SiC−MISFET102(スイッチング素子)およびショットキーダイオード103(内蔵ダイオード)を使用していることから、既存のバイポーラデバイス(IGBT)に比べて高速化を実現できる。   According to such an inverter motor drive system 105, since the SiC-MISFET 102 (switching element) and the Schottky diode 103 (built-in diode) are used, the speed is increased compared to the existing bipolar device (IGBT). it can.

よって、上段および下段アームモジュール100H、100Lのオンからオフへの切り替えが短時間に実行され、これにより、3相インバータ電源回路106の周波数上限値の制約が解消され、3相インバータ電源回路106のスイッチング損失が改善される。   Therefore, the upper and lower arm modules 100H and 100L are switched from on to off in a short time, thereby eliminating the restriction on the upper frequency limit of the three-phase inverter power supply circuit 106 and the three-phase inverter power supply circuit 106. Switching loss is improved.

具体的なデータの一例として、これらの上段および下段アームモジュール100H、100L(700V耐圧、3mm□において電流値20A定格)における100kHzの高周波スイッチング動作が確認され、この場合のスイッチング損失は5%以下であった。   As an example of specific data, a high frequency switching operation of 100 kHz in these upper and lower arm modules 100H and 100L (700V withstand voltage, current value 20A rating at 3mm □) was confirmed, and the switching loss in this case is 5% or less. there were.

また、SiC−MISFET102のオン抵抗は、既存のスイッチング素子(Si−MISFETやIGBT)に比較して充分に小さく、これにより、インバータモータ駆動系105におけるSiC−MISFET102のオン動作時の発熱を抑えて導通損失も低く保てる。   Further, the on-resistance of the SiC-MISFET 102 is sufficiently smaller than that of existing switching elements (Si-MISFET and IGBT), thereby suppressing the heat generation during the on-operation of the SiC-MISFET 102 in the inverter motor drive system 105. Conduction loss can be kept low.

更に、上段および下段アームモジュール100H、100Lに内蔵するショットキーダイオード103では、ショットキー電極9が、ダイオードセル31のほぼ全域を幅広に占有可能であることから、スイッチング素子ターンオフ時における、3相モータ107のインダクタンス負荷に基づく逆起電力をトリガーにして、ショットキー電極9に集中する電流に起因した素子の破壊に適切に対応可能である。   Further, in the Schottky diode 103 built in the upper and lower arm modules 100H and 100L, since the Schottky electrode 9 can occupy the entire area of the diode cell 31 broadly, the three-phase motor when the switching element is turned off. Using the back electromotive force based on the inductance load 107 as a trigger, it is possible to appropriately deal with the element destruction caused by the current concentrated on the Schottky electrode 9.

次に、上記幅寸法「L」および「S」を変更した際の、インバータモータ駆動系105の損失を検証した上段および下段アームモジュール100H、100Lの動作例を説明する。   Next, an operation example of the upper and lower arm modules 100H and 100L in which the loss of the inverter motor drive system 105 is verified when the width dimensions “L” and “S” are changed will be described.

(S=L/10√2の場合)
S=L/10√2の場合には、サブ領域101の平面視における面積に対するダイオードセル31の平面視における面積の割合は、約0.01である。
(When S = L / 10√2)
In the case of S = L / 10√2, the ratio of the area of the diode cell 31 in plan view to the area of the sub-region 101 in plan view is approximately 0.01.

言い換えると、この場合には、サブ領域101の平面視における面積に対するトランジスタセル101Tの平面視における面積の割合は、約0.99である。   In other words, in this case, the ratio of the area of the transistor cell 101T in plan view to the area of the sub region 101 in plan view is about 0.99.

上段および下段アームモジュール100H、100L(700V耐圧、3mm□において電流値20A定格)におけるショットキーダイオード103の単位面積当たりのオン抵抗は、2mΩcm2程度である。 The on-resistance per unit area of the Schottky diode 103 in the upper and lower arm modules 100H and 100L (700V withstand voltage, current value 20A rating at 3mm □) is about 2 mΩcm 2 .

また、SiC−MISFET102のPウェル4の真下に位置するSiC層3は、図2の点線矢印201で示す如く、通電領域として充分に機能しない一方、ショットキーダイオード103のショットキー電極9の真下に位置するSiC層3は、その全域に亘って通電領域として機能する。このため、SiC−MISFET102の平均化した単位面積換算のオン抵抗は、ショットキーダイオード103のそれよりも約一桁大きい値(10mΩ)を示すことになる。   Further, the SiC layer 3 located immediately below the P well 4 of the SiC-MISFET 102 does not sufficiently function as a current-carrying region as indicated by a dotted arrow 201 in FIG. 2, while being directly below the Schottky electrode 9 of the Schottky diode 103. The located SiC layer 3 functions as an energization region over the entire region. For this reason, the averaged on-resistance in terms of unit area of the SiC-MISFET 102 shows a value (10 mΩ) that is about one digit larger than that of the Schottky diode 103.

なお、ショットキー電極9とSiC層3との間の接触抵抗は、ショットキーダイオード103のオン抵抗に比べて約二桁程度小さく、この値を無視可能である。   The contact resistance between the Schottky electrode 9 and the SiC layer 3 is about two orders of magnitude smaller than the on-resistance of the Schottky diode 103, and this value can be ignored.

以上に述べたSiC−MISFET102およびショットキーダイオード103のオン抵抗からSiC−MISFET102およびショットキーダイオード103に流せる電流を見積もると、S=L/10√2(ダイオードセル31の表面積:サブ領域101の表面積≒1:100)に設定した場合、ショットキーダイオード103の順電圧Vfが、ショットキーバリアによる順方向の立ち上がり電圧(約1V)を含んで約3V程度であれば、ショットキーダイオード103には素子全体の電流密度換算で約20A/cm2の電流を流すことが可能になる。 When the current that can be passed through the SiC-MISFET 102 and the Schottky diode 103 is estimated from the on-resistance of the SiC-MISFET 102 and the Schottky diode 103 described above, S = L / 10√2 (surface area of the diode cell 31: surface area of the sub-region 101) When the forward voltage V f of the Schottky diode 103 is about 3 V including the forward rising voltage (about 1 V) by the Schottky barrier, the Schottky diode 103 has It becomes possible to flow a current of about 20 A / cm 2 in terms of the current density of the entire device.

上記電圧値(3V)は、SiC−MISFET102に内蔵されるPN接合の寄生ダイオードに順方向に電流を流す際の最低の順電圧(即ちPN接合の接合障壁による降下電圧)に相当する。このため、ショットキーダイオード103に順方向に電流を流す際にその順電圧Vfを3V以下に保てれば、ショットキーダイオード103に優先的に電流が流れることになる。 The voltage value (3 V) corresponds to the lowest forward voltage (that is, the voltage drop due to the junction barrier of the PN junction) when a current flows in the forward direction through the PN junction parasitic diode built in the SiC-MISFET 102. For this reason, when the forward voltage V f is maintained at 3 V or less when a current is passed through the Schottky diode 103 in the forward direction, the current flows preferentially through the Schottky diode 103.

このとき、上段および下段アームモジュール100H、100Lの導通損失は電流に電圧を乗じた値(電流×電圧)に対応することから、従来のPN接合ダイオードの順電圧Vfに比べてショットキーダイオード103の順電圧Vfを低く保てることにより、上段および下段アームモジュール100H、100Lの損失が、PN接合ダイオードを採用した既存のアームモジュールに比較して改善すると期待される。 At this time, since the conduction loss of the upper and lower arm modules 100H and 100L corresponds to a value obtained by multiplying the current by voltage (current × voltage), the Schottky diode 103 is compared with the forward voltage V f of the conventional PN junction diode. By keeping the forward voltage V f of the low voltage, the loss of the upper and lower arm modules 100H and 100L is expected to be improved as compared with the existing arm module employing a PN junction diode.

より具体的には、S=L/10√2に設定した場合(ダイオードセル31の表面積:サブ領域101の表面積≒1:100)には、オフスピードが速くなることからスイッチング損失が減少して、PN接合ダイオードを採用した既存のアームモジュールに比較して約2%の損失低減が確認され、ショットキーダイオード103が僅かな割合(1%)を占めるものであってもインバータモータ駆動系105の損失改善効果が発揮される。   More specifically, when S = L / 10√2 is set (surface area of the diode cell 31: surface area of the sub-region 101≈1: 100), the switching speed is reduced because the off-speed increases. The loss reduction of about 2% is confirmed compared with the existing arm module adopting the PN junction diode, and even if the Schottky diode 103 occupies a small percentage (1%), the inverter motor drive system 105 The loss improvement effect is demonstrated.

但し、上段および下段アームモジュール100H、100Lの連続動作実験中に、上段および下段アームモジュール100H、100Lの発熱によるアームモジュール上段および下段100H、100Lの動作が安定しない場合があった。これは、ショットキーダイオード103を流れる電流値が上記許容電流値(20A/cm2)を超えたことに起因するものと推定される。このため、S>L/10√2に設定することが望ましい。 However, during the continuous operation experiment of the upper and lower arm modules 100H and 100L, the operations of the upper and lower arm modules 100H and 100L may not be stable due to heat generated by the upper and lower arm modules 100H and 100L. This is presumed to be caused by the value of the current flowing through the Schottky diode 103 exceeding the allowable current value (20 A / cm 2 ). For this reason, it is desirable to set S> L / 10√2.

(S=L/2√5の場合)
S=L/2√5の場合には、サブ領域101の平面視における面積に対するダイオードセル31の平面視における面積の割合は、0.1である。
(When S = L / 2√5)
In the case of S = L / 2√5, the ratio of the area of the diode cell 31 in plan view to the area of the sub-region 101 in plan view is 0.1.

言い換えると、この場合には、サブ領域101の平面視における面積に対するトランジスタセル101Tの平面視における面積の割合は、0.90である。   In other words, in this case, the ratio of the area of the transistor cell 101T in plan view to the area of the sub-region 101 in plan view is 0.90.

S=L/2√5(ダイオードセル31の表面積:サブ領域101の表面積≒1:10)に設定した場合には、ショットキーダイオード103を流れる電流の許容値は、素子全体の電流密度換算で約200A/cm2であり、こうすれば、ショットキーダイオード103の電流許容量不足による不具合は解消される。この場合、PN接合ダイオードを採用したアームモジュールに比較して約5%の損失低減が確認され、インバータモータ駆動系105の充分な損失改善効果が発揮される。 When S = L / 2√5 (the surface area of the diode cell 31: the surface area of the sub-region 101≈1: 10), the allowable value of the current flowing through the Schottky diode 103 is calculated in terms of the current density of the entire device. This is about 200 A / cm 2 , so that the problem caused by the insufficient current allowable amount of the Schottky diode 103 is solved. In this case, a loss reduction of about 5% is confirmed as compared with an arm module employing a PN junction diode, and a sufficient loss improvement effect of the inverter motor drive system 105 is exhibited.

(S=L/2の場合)
S=L/2の場合には、サブ領域101の平面視における面積に対するダイオードセル31の平面視における面積の割合は0.5である。
(When S = L / 2)
When S = L / 2, the ratio of the area of the diode cell 31 in plan view to the area of the sub-region 101 in plan view is 0.5.

言い換えると、この場合には、サブ領域101の平面視における面積に対するトランジスタセル101Tの平面視における面積の割合は0.5である。   In other words, in this case, the ratio of the area of the transistor cell 101T in plan view to the area of the sub-region 101 in plan view is 0.5.

S=L/2(ダイオードセル31の表面積:サブ領域101の表面積=50:100)に設定した場合には、PN接合ダイオードを採用したアームモジュールに比較して約1%の損失低減が確認され、ショットキーダイオード103が大きな割合(50%)を占めるものであってもインバータモータ駆動系105の損失改善効果が発揮される。   When S = L / 2 (the surface area of the diode cell 31: the surface area of the sub-region 101 = 50: 100) is set, a loss reduction of about 1% is confirmed as compared with an arm module employing a PN junction diode. Even if the Schottky diode 103 occupies a large proportion (50%), the loss improvement effect of the inverter motor drive system 105 is exhibited.

但しS>L/2に設定されると、SiC−MISFETの面積占有率の減少によるオン抵抗の増加が見られ、却って上段および下段アームモジュール100H、100Lの損失の増加が懸念されることになる。   However, when S> L / 2 is set, an increase in on-resistance due to a decrease in the area occupancy of the SiC-MISFET is seen, and there is a concern about an increase in the losses of the upper and lower arm modules 100H and 100L. .

更に、素子全体の電流密度換算でショットキー電極9に流れる電流が200〜600A/cm2であれば安定動作が期待されるため、この面積の割合の望ましい範囲は、0.1〜0.3である。 Further, since stable operation is expected when the current flowing through the Schottky electrode 9 is 200 to 600 A / cm 2 in terms of the current density of the entire device, a desirable range of the ratio of the area is 0.1 to 0.3. It is.

なお、Nチャネル型MISFETを例にしてSiC−MISFETを説明したが、ソース電極とドレイン電極を逆にしたPチャネル型MISFETでも本実施の形態による半導体装置100(アームモジュール)を構築することができる。   Although the SiC-MISFET has been described by taking the N-channel MISFET as an example, the semiconductor device 100 (arm module) according to the present embodiment can also be constructed using a P-channel MISFET in which the source electrode and the drain electrode are reversed. .

また、上記実施形態の説明においては、ゲート電極をアルミニウム金属にて構成した例について説明したが、これに代えて、ポリシリコンやモリブデン(Mo)にてゲート電極を構成してもかまわない。ポリシリコンゲート電極、モリブデンゲート電極にて構成した場合も、上述したものと同様の作用効果が得られる。   In the description of the above embodiment, the example in which the gate electrode is made of aluminum metal has been described. However, the gate electrode may be made of polysilicon or molybdenum (Mo) instead. Even in the case of a polysilicon gate electrode and a molybdenum gate electrode, the same effect as described above can be obtained.

本発明による半導体装置は、高速スイッチング動作とエネルギー損失低減の両立が図れ、かつ電気機器のインダクタンス負荷等による逆起電力に基づく電流集中耐性に優れており、例えば、電気機器の高速インバータ電源回路の用途に適用可能である。   The semiconductor device according to the present invention can achieve both high-speed switching operation and energy loss reduction, and is excellent in current concentration tolerance based on counter electromotive force due to inductance load of an electric device, for example, a high-speed inverter power supply circuit of an electric device. Applicable for use.

本発明の実施の形態による半導体装置の一構成例を示した平面図である。It is the top view which showed one structural example of the semiconductor device by embodiment of this invention. 図1のA−A線に沿った部分の半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device of the part along the AA line of FIG. 本実施の形態による半導体装置を、3相モータの駆動に適用したインバータモータ駆動系の一構成例を示した図である。It is the figure which showed one structural example of the inverter motor drive system which applied the semiconductor device by this Embodiment to the drive of a three-phase motor.

符号の説明Explanation of symbols

2 半導体基板
3 SiC層
4 Pウェル
4c チャネル領域
5 ソース領域
6 ソース電極
7 ゲート絶縁膜
8 ゲート電極
9 ショットキー電極
10 ドレイン電極
11 第1配線
12 ゲート配線
20 入力端子
21 高電圧給電端子
22 接地端子
100 半導体装置
100H 上段アームモジュール
100L 下段アームモジュール
101 サブ領域
101T トランジスタセル
30 境界ライン
30a 横境界ライン
30b 縦境界ライン
31 ダイオードセル
32 基点
102 SiC−MISFET
103 ショットキーダイオード
105 インバータモータ駆動系
106 3相インバータ電源回路
107 3相モータ
108 相スイッチング回路
110 結線部分
G ゲート端子
S ソース端子
D ドレイン端子
H1、H2 コンタクトホール
2 Semiconductor substrate 3 SiC layer 4 P well 4c Channel region 5 Source region 6 Source electrode 7 Gate insulating film 8 Gate electrode 9 Schottky electrode 10 Drain electrode 11 First wiring 12 Gate wiring 20 Input terminal 21 High voltage power supply terminal 22 Ground terminal 100 Semiconductor Device 100H Upper Arm Module 100L Lower Arm Module 101 Subregion 101T Transistor Cell 30 Boundary Line 30a Horizontal Boundary Line 30b Vertical Boundary Line 31 Diode Cell 32 Base Point 102 SiC-MISFET
103 Schottky diode 105 Inverter motor drive system 106 Three-phase inverter power supply circuit 107 Three-phase motor 108 Phase switching circuit 110 Connection part G Gate terminal S Source terminal D Drain terminals H1, H2 Contact hole

Claims (12)

第1導電型のワイドバンドギャップ半導体からなる半導体層と、
前記半導体層の厚み方向に電荷キャリアを移動させる縦型の電界効果トランジスタが形成されたトランジスタセルと、
前記半導体層にショットキー電極がショットキー接合されてなるショットキーダイオードが形成されたダイオードセルと、を備え、
前記半導体層に、平面視において、仮想の境界ラインにより互いに交差する2方向に配列された4角形の複数のサブ領域が区画され、かつ前記サブ領域の4つの隅部を切り欠くようにして前記サブ領域の残部からなる前記トランジスタセルと前記切り欠かれた部分からなる前記ダイオードセルとが区画されている半導体装置。
A semiconductor layer made of a wide band gap semiconductor of the first conductivity type;
A transistor cell in which a vertical field effect transistor for moving charge carriers in the thickness direction of the semiconductor layer is formed;
A diode cell having a Schottky diode formed by Schottky junction of a Schottky electrode to the semiconductor layer, and
In the semiconductor layer, a plurality of quadrangular sub-regions arranged in two directions intersecting each other by a virtual boundary line in a plan view are partitioned, and the four corners of the sub-region are notched so as to be cut out. A semiconductor device in which the transistor cell composed of the remaining portion of the sub-region and the diode cell composed of the notched portion are partitioned.
前記複数のサブ領域は、互いに直交する2方向にマトリクス状に配列されている請求項1記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the plurality of sub-regions are arranged in a matrix in two directions orthogonal to each other. 前記サブ領域の隅部は、直線的に切り欠かれている請求項1記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein a corner portion of the sub-region is cut out linearly. 前記ダイオードセルは、前記トランジスタセルとの境界線を4辺とする4角形に区画されている請求項3記載の半導体装置。   4. The semiconductor device according to claim 3, wherein the diode cell is partitioned into quadrangular shapes having four sides as boundaries with the transistor cell. 5. 前記ショットキー電極は、前記ダイオードセルのほぼ全域を占めるように4角形に形成されている請求項4記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 4, wherein the Schottky electrode is formed in a quadrangular shape so as to occupy substantially the entire area of the diode cell. 前記トランジスタセルは、前記境界ラインと前記ダイオードセルとの境界線を辺とする8角形に区画されている請求項4記載の半導体装置。   5. The semiconductor device according to claim 4, wherein the transistor cell is partitioned into an octagon having a boundary line between the boundary line and the diode cell as a side. 前記電界効果トランジスタは、前記半導体層の表面に設けられた第2導電型のウェルと、前記ウェルの内側に設けられた第1導電型の領域と、前記ウェルおよび前記領域を除いた前記半導体層としてのドリフト領域と、前記領域および前記ウェルに接するように設けられた第1のソース/ドレイン電極と、前記ウェルに絶縁層を介して配設されたゲート電極と、前記ドリフト領域の裏面にオーミックに接続された第2のソース/ドレイン電極と、を有してなる請求項1記載の半導体装置。   The field effect transistor includes: a second conductivity type well provided on a surface of the semiconductor layer; a first conductivity type region provided inside the well; and the semiconductor layer excluding the well and the region. A drift region, a first source / drain electrode provided in contact with the region and the well, a gate electrode disposed in the well via an insulating layer, and an ohmic contact on the back surface of the drift region The semiconductor device according to claim 1, further comprising a second source / drain electrode connected to the first and second electrodes. 前記サブ領域の平面視における面積に対する前記トランジスタセルの平面視における面積の割合が0.5を超え、かつ0.99以下である請求項1記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a ratio of the area of the transistor cell in plan view to the area of the sub-region in plan view exceeds 0.5 and is 0.99 or less. 前記サブ領域の平面視における面積に対する前記ダイオードセルの平面視における面積の割合が0.01を超え、かつ0.5以下である請求項1記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the ratio of the area of the diode cell in plan view to the area of the sub-region in plan view exceeds 0.01 and is 0.5 or less. 交流駆動装置と、前記交流駆動装置のインバータ電源回路を構成する請求項1乃至9の何れかに記載の半導体装置と、を備え、
前記半導体装置がアームモジュールとして組み込まれている電気機器。
An AC drive device and a semiconductor device according to any one of claims 1 to 9 constituting an inverter power supply circuit of the AC drive device,
An electric device in which the semiconductor device is incorporated as an arm module.
前記交流駆動装置内のインダクタンス負荷によって発生する逆起電力に基づいて前記電界効果トランジスタの寄生ダイオードおよび前記ショットキーダイオードに印加される電圧は、前記ショットキーダイオードの順方向に立ち上がり電圧より大きく、かつ前記寄生ダイオードの順方向の立ち上がり電圧より小さくして構成される請求項10記載の電気機器。   The voltage applied to the parasitic diode of the field effect transistor and the Schottky diode based on the back electromotive force generated by the inductance load in the AC drive device is larger than the rising voltage in the forward direction of the Schottky diode, and The electric device according to claim 10, wherein the electric device is configured to be smaller than a rising voltage in a forward direction of the parasitic diode. 前記交流駆動装置は、前記インバータ電源回路により駆動される交流モータである請求項10記載の電気機器。

The electrical apparatus according to claim 10, wherein the AC drive device is an AC motor driven by the inverter power supply circuit.

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