JP2013232574A - Silicon carbide semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、炭化珪素を用いた半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device using silicon carbide.
炭化珪素(SiC)などのワイドギャップ半導体材料は、シリコン(Si)と比較して絶縁破壊耐量が高いため、Siを用いた半導体基板における場合よりも半導体基板に形成する不純物領域の不純物濃度を高めることができる。SiCを用いた半導体基板では、不純物領域の不純物濃度を高めることができるため、半導体基板の電気的抵抗を低減することがである。この低抵抗化により、当該半導体基板を用いたパワーデバイスのスイッチング動作における損失を低減できる。 Wide-gap semiconductor materials such as silicon carbide (SiC) have higher dielectric breakdown resistance than silicon (Si), and thus increase the impurity concentration of impurity regions formed in a semiconductor substrate as compared with a semiconductor substrate using Si. be able to. In the semiconductor substrate using SiC, since the impurity concentration in the impurity region can be increased, the electrical resistance of the semiconductor substrate can be reduced. This reduction in resistance can reduce loss in the switching operation of a power device using the semiconductor substrate.
またSiCを用いた半導体基板は、熱伝導度が高く、機械的強度にも優れている。よってSiCを用いた半導体基板を用いれば、小型で低損失、かつ、高効率なパワーデバイスが実現できると期待されている。 A semiconductor substrate using SiC has high thermal conductivity and excellent mechanical strength. Therefore, if a semiconductor substrate using SiC is used, it is expected that a small, low-loss and high-efficiency power device can be realized.
このような観点から、SiC基板を用いたMOSFET(Metal−Oxide−Semiconductor Field−Effect Transistor)が製造されている。 From such a viewpoint, a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) using an SiC substrate is manufactured.
一方で、半導体材料としてSiCを用いたPINダイオード構造に順方向電流を流し続けると、順方向電圧(Vf)がシフトするという信頼性上の問題がよく知られている。 On the other hand, there is a well-known reliability problem that the forward voltage (Vf) shifts when a forward current continues to flow through a PIN diode structure using SiC as a semiconductor material.
これは、PINダイオード構造に少数キャリアが注入されると多数キャリアと再結合し、その再結合エネルギーが、SiC基板に存在する基底面転位などを起点として、面欠陥である積層欠陥に拡張させてしまうことによるものである。このように形成された積層欠陥が、PINダイオード構造における電流の流れを阻害するため、流れる電流が減少し、順方向電圧をシフトさせ、信頼性劣化を引き起こす。 This is because, when minority carriers are injected into the PIN diode structure, they recombine with the majority carriers, and the recombination energy is expanded to stacking faults, which are surface defects, starting from basal plane dislocations existing in the SiC substrate. It is because it ends up. The stacking fault formed in this manner inhibits the flow of current in the PIN diode structure, so that the flowing current is reduced, the forward voltage is shifted, and reliability is deteriorated.
この積層欠陥は、基底面転位などが起点となり、三角形状に拡張したり、くさび状に拡張するものも報告されており、エピタキシャル成長方向であるステップフロー成長方向(非特許文献1)に対して直交する方向に長く拡張する。 It has been reported that this stacking fault starts from a basal plane dislocation and expands into a triangular shape or a wedge shape, and is orthogonal to the step flow growth direction (Non-Patent Document 1) which is the epitaxial growth direction. Extend longer in the direction you want.
PINダイオード構造におけるこのような順方向電圧のシフトは、SiC基板を用いたMOSFETでも同様に発生する(非特許文献2)との報告がある。 There is a report that such a forward voltage shift in the PIN diode structure also occurs in a MOSFET using a SiC substrate (Non-patent Document 2).
これはMOSFET構造が、ソースドレイン間に寄生ダイオード(ボディーダイオード)を有しているため、順方向電流がこのボディダイオードに流れると、PINダイオードと同様の劣化、すなわち、エピタキシャル成長方向であるステップフロー成長方向に対して直交する方向に拡張していく積層欠陥による素子特性(順方向電圧)が変動、信頼性劣化を引き起こすからである。 This is because the MOSFET structure has a parasitic diode (body diode) between the source and drain, so that when a forward current flows through the body diode, the same deterioration as that of the PIN diode, that is, step flow growth in the epitaxial growth direction. This is because element characteristics (forward voltage) due to stacking faults extending in a direction perpendicular to the direction fluctuate and deteriorate reliability.
一般にスイッチング回路における還流ダイオードとしてVfの低いショットキーバリアダイオードが用いられるが、SiC−MOSFETのボディダイオードを還流ダイオードとして用いた場合には、MOSFET特性(順方向電圧)のシフトが生じ信頼性上の大きな問題となる。 Generally, a Schottky barrier diode having a low Vf is used as a freewheeling diode in a switching circuit. However, when a body diode of a SiC-MOSFET is used as a freewheeling diode, a MOSFET characteristic (forward voltage) shifts and reliability is improved. It becomes a big problem.
この問題に対し特許文献1では、エピタキシャル層に絶縁膜を埋め込まれ、エピタキシャル層が島状に分離されることで、積層欠陥の拡張を抑制することができる構造が開示されている。
With respect to this problem,
しかし特許文献1のような構造では、エピタキシャル層に格子状に埋め込まれた絶縁膜によって実効セル面積が過度に小さくなってしまい、装置のON抵抗が増加するという問題があった。
However, the structure as in
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、実効セル面積の低下を抑えつつ、積層欠陥の拡張を抑制できる炭化珪素半導体装置の提供を目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a silicon carbide semiconductor device capable of suppressing the expansion of stacking faults while suppressing a decrease in effective cell area.
本発明の一態様に関する炭化珪素半導体装置は、オフ角を有する第1導電型の炭化珪素半導体基板と、前記炭化珪素半導体基板上に形成された第1導電型のエピタキシャル層と、前記エピタキシャル層表面に互いに離間して形成された第2導電型の複数のウェル領域と、各前記ウェル領域表面に部分的に形成された第1導電型のソース領域と、ゲート絶縁膜を介し、前記ウェル領域上から前記エピタキシャル層上に亘って形成されたゲート電極と、前記ソース領域上に形成されたソース電極と、前記炭化珪素半導体基板裏面に形成されたドレイン電極と、前記エピタキシャル層における前記ウェル領域に挟まれる領域において、前記エピタキシャル層のステップフロー成長方向に沿って形成された電流制限領域とを備えることを特徴とする。 A silicon carbide semiconductor device according to one embodiment of the present invention includes a first conductivity type silicon carbide semiconductor substrate having an off angle, a first conductivity type epitaxial layer formed on the silicon carbide semiconductor substrate, and the surface of the epitaxial layer. A plurality of well regions of a second conductivity type formed separately from each other, a source region of a first conductivity type partially formed on the surface of each well region, and a gate insulating film on the well region To a gate electrode formed on the epitaxial layer, a source electrode formed on the source region, a drain electrode formed on the back surface of the silicon carbide semiconductor substrate, and the well region in the epitaxial layer. And a current limiting region formed along the step flow growth direction of the epitaxial layer.
本発明の上記態様によれば、前記エピタキシャル層における前記ウェル領域に挟まれる領域において、前記エピタキシャル層のステップフロー成長方向に沿って形成された電流制限領域を備えることにより、エピタキシャル層のステップフロー成長方向と直交する方向への積層欠陥の拡張を効果的に抑制することができる。よって、積層欠陥の拡張によって引き起こされる素子特性(順方向電圧)の変動を抑制することができる。また、電流制限領域を容易に形成でき、実効セル面積の減少を抑えることができる。 According to the above aspect of the invention, the step flow growth of the epitaxial layer is provided by providing the current limiting region formed along the step flow growth direction of the epitaxial layer in the region sandwiched between the well regions in the epitaxial layer. Expansion of stacking faults in a direction perpendicular to the direction can be effectively suppressed. Therefore, fluctuations in element characteristics (forward voltage) caused by expansion of stacking faults can be suppressed. Further, the current limiting region can be easily formed, and the reduction of the effective cell area can be suppressed.
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
まず、本発明の前提技術となる炭化珪素半導体装置の構成について説明する。 First, the configuration of a silicon carbide semiconductor device that is a prerequisite technology of the present invention will be described.
図10は、本発明の前提技術としての炭化珪素半導体装置の構成を示す概観図である。 FIG. 10 is an overview diagram showing a configuration of a silicon carbide semiconductor device as a prerequisite technology of the present invention.
図10に示されるように炭化珪素半導体装置は、オフ角を有する第1導電型のSiC基板8上にソースパッド2を備え、さらにソースパッド2をSiC基板8上で囲んで形成されたゲートパッド1を備えるMOSFETである。なお図示しないが、SiC基板8裏面側は、ドレイン端子として用いられる。
As shown in FIG. 10, the silicon carbide semiconductor device includes
図11は、図10に示したソースパッド2において均一に敷き詰められている、トランジスタアレイ構造を示す断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a transistor array structure in which the
図11に示されるようにトランジスタアレイ構造は、オフ角を有する第1導電型のSiC基板8上に形成された第1導電型のエピタキシャル層9(ドリフト領域)と、エピタキシャル層9表面に互いに離間して形成された第2導電型のウェル領域10とを備える。
As shown in FIG. 11, the transistor array structure has a first conductivity type epitaxial layer 9 (drift region) formed on the first conductivity
各ウェル領域10表面には第1導電型のソース領域11が形成され、ソース領域11表面には、金属電極(ソース電極)とのコンタクト抵抗を低減するための、第2導電型のウェルコンタクト領域12(高濃度)が中央部に部分的に形成されている。
A first conductivity
また炭化珪素半導体装置は、各ウェル領域10におけるソース領域11上から、他のウェル領域10におけるソース領域11上に亘って(オーバーラップして)形成されたゲート絶縁膜7と、ゲート絶縁膜7を介し、ウェル領域10上から他のウェル領域10上に亘って形成されたゲート電極6と、ゲート絶縁膜7とゲート電極6とを覆って形成された層間絶縁膜5と、層間絶縁膜5上に形成され、各コンタクトホールにおいてソース領域11と接続されたソース電極13とを備える。
In addition, the silicon carbide semiconductor device includes a
図11に示す矢印101は、SiC−MOSFETのボディダイオードに流れる電流の向きを示している。電流は、アノードであるソースとカソードであるドレインとの間に流れる。
An
図12は、図11を上方から見た図であり、トランジスタセルの注入領域を示す平面図である。単位トランジスタセルが均一に並んでソースパッドにおいて敷き詰められている。 FIG. 12 is a plan view of FIG. 11 as viewed from above, and shows an implantation region of a transistor cell. Unit transistor cells are evenly arranged and spread on the source pad.
図12に示されるように単位トランジスタセルは、ウェル領域10とソース領域11とウェルコンタクト領域12とから形成され、上方から見ればウェルコンタクト領域12をソース領域11が囲み、さらにソース領域11をウェル領域10が囲む構造となっている。また図12に示されるように単位トランジスタセルは、エピタキシャル層9表面において互いに離間して配列されている。
As shown in FIG. 12, the unit transistor cell is formed of a
上記のような構造を前提として、エピタキシャル層9のステップフロー成長方向と直交する方向への積層欠陥の拡張を抑制し、また、実効セル面積の減少も抑えることができる炭化珪素半導体装置について、以下の実施形態において説明する。
Assuming the structure as described above, a silicon carbide semiconductor device capable of suppressing the extension of stacking faults in the direction orthogonal to the step flow growth direction of
<第1実施形態>
<構成>
図1は、本発明の第1実施形態に関する炭化珪素半導体装置を示す平面図である。図10と同じ構成については同じ符号を付して図示し、詳細な説明については省略する。図10と異なる構成については、以下に説明する。
<First Embodiment>
<Configuration>
FIG. 1 is a plan view showing a silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. The same components as those in FIG. 10 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. A configuration different from that in FIG. 10 will be described below.
図1に示された炭化珪素半導体装置は、図10に示された構造に加えて、図示するステップフロー成長方向(図1における左右方向)に沿って形成された電流制限領域4を備える。なお、図1に示されたステップフロー成長方向は、エピタキシャル層9のステップフロー成長方向であり、例えば、オフ角を持った4H型SiCの(0001)面が表面に現れた半導体基板の場合、ステップフロー成長方向である<11−20>方向を示している。
The silicon carbide semiconductor device shown in FIG. 1 includes, in addition to the structure shown in FIG. 10, a current limiting region 4 formed along the illustrated step flow growth direction (the left-right direction in FIG. 1). The step flow growth direction shown in FIG. 1 is the step flow growth direction of the
積層欠陥拡張は、PNダイオード構造に電流が流れることで、少数キャリアと多数キャリア(電子正孔対)の再結合エネルギーによって拡張する。よって、流れる電流値を積層欠陥が拡張しない電流値までに制限する領域である電流制限領域4が備えられることによって、積層欠陥拡張が抑制される。 Stacking fault extension is extended by the recombination energy of minority carriers and majority carriers (electron-hole pairs) when current flows through the PN diode structure. Therefore, the stacking fault expansion is suppressed by providing the current limiting region 4 which is a region that limits the flowing current value to a current value at which the stacking fault does not expand.
図2は、図1に示されたソースパッド2において敷き詰められている、トランジスタアレイ構造を示す断面図である。図2は、エピタキシャル層9のステップフロー成長方向から見た図である。図11と同じ構成については、同じ符号を付して図示し詳細な説明については省略する。図11と異なる構成については、以下に説明する。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the transistor array structure laid down on the
図2に示された炭化珪素半導体装置は、各トランジスタセルに挟まれた位置に形成された電流制限領域4を備える。電流制限領域4はエピタキシャル層9に埋め込まれた絶縁層40を備えており、当該領域においては電流値が制限される。
The silicon carbide semiconductor device shown in FIG. 2 includes a current limiting region 4 formed at a position sandwiched between the transistor cells. The current limiting region 4 includes an insulating
絶縁層40が形成された領域の上方にはゲート絶縁膜7が形成され、さらにゲート絶縁膜7上に層間絶縁膜5が形成されている。ゲート電極6は、絶縁層40の上方周辺、すなわち、電流制限領域4においては形成されない。
A
このような構成によれば、順方向電流ストレスによる積層欠陥がステップフロー成長方向に直交する方向に拡張していく際、電流制限領域4に到達したところで積層欠陥の進行が止まり、それ以上積層欠陥が拡張することを抑制できる。 According to such a configuration, when the stacking fault due to the forward current stress expands in the direction perpendicular to the step flow growth direction, the progress of the stacking fault stops when the current limiting region 4 is reached, and the stacking fault further increases. Can be prevented from expanding.
このように、電流制限領域4をステップフロー成長方向に対して平行に形成することで、ステップフロー成長方向に直交する方向に積層欠陥が拡張することを効率的に抑制することができる。よって、積層欠陥の拡張によるMOSFET特性(順方向電圧)のシフトを抑制することができる。 Thus, by forming the current limiting region 4 parallel to the step flow growth direction, it is possible to efficiently suppress the stacking fault from expanding in the direction orthogonal to the step flow growth direction. Therefore, the shift of the MOSFET characteristics (forward voltage) due to the expansion of stacking faults can be suppressed.
また、実効セル面積の低下を抑え、装置のON抵抗が増加することを防ぐことができる。 In addition, it is possible to suppress a decrease in effective cell area and prevent an increase in the ON resistance of the device.
<効果>
本発明に関する実施形態によれば、炭化珪素半導体装置は、オフ角を有する第1導電型のSiC基板8と、SiC基板8上に形成された第1導電型のエピタキシャル層9と、エピタキシャル層9表面に互いに離間して形成された第2導電型の複数のウェル領域10と、各ウェル領域10表面に部分的に形成された第1導電型のソース領域11と、ゲート絶縁膜7を介し、ウェル領域10上からエピタキシャル層9上に亘って形成されたゲート電極6と、ソース領域11上に形成されたソース電極13と、SiC基板8裏面に形成されたドレイン電極と、エピタキシャル層9におけるウェル領域10に挟まれる領域において、エピタキシャル層9のステップフロー成長方向に沿って形成された電流制限領域4とを備える。
<Effect>
According to the embodiment of the present invention, a silicon carbide semiconductor device includes a first conductivity
このような炭化珪素半導体装置によれば、電流制限領域4をエピタキシャル層9のステップフロー成長方向に対して平行に形成することで、エピタキシャル層9のステップフロー成長方向と直交する方向への積層欠陥の拡張を効果的に抑制することができる。よって、積層欠陥の拡張によって引き起こされる素子特性(順方向電圧)の変動を抑制することができる。
According to such a silicon carbide semiconductor device, stacking faults in the direction perpendicular to the step flow growth direction of the
また、電流制限領域4をエピタキシャル層9のステップフロー成長方向に形成することで、例えば格子状に電流制限領域を形成する場合に比べて実効セル面積の減少も抑えることができる。さらに、装置のオフ耐圧を維持することができる。
Further, by forming the current limiting region 4 in the step flow growth direction of the
また、本発明に関する実施形態によれば、電流制限領域4が、エピタキシャル層9に埋め込まれた絶縁層40を備える。
According to the embodiment relating to the present invention, the current limiting region 4 includes the insulating
このような炭化珪素半導体装置によれば、電流制限領域4において流れる電流をより効果的に制限できる。 According to such a silicon carbide semiconductor device, the current flowing in current limiting region 4 can be more effectively limited.
<第2実施形態>
<構成>
図3は、本発明の本実施形態に関する炭化珪素半導体装置の構造を示す断面図である。図3は、エピタキシャル層9のステップフロー成長方向から見た図である。図2と同じ構成については、同じ符号を付して図示し詳細な説明については省略する。図2と異なる構成については、以下に説明する。
Second Embodiment
<Configuration>
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of the silicon carbide semiconductor device according to this embodiment of the present invention. FIG. 3 is a view seen from the step flow growth direction of the
図3に示された炭化珪素半導体装置は、各トランジスタセルに挟まれた位置に形成された電流制限領域4Aを備える。電流制限領域4Aは、ゲート電極6が形成されていない領域におけるエピタキシャル層9、ゲート絶縁膜7、層間絶縁膜5を備える領域である。すなわち図3に示された炭化珪素半導体装置は、図2における絶縁層40が除外された構成となっている。
The silicon carbide semiconductor device shown in FIG. 3 includes a current limiting
電流制限領域4Aは絶縁性の領域を含んでおり、当該領域においては電流が流れることが抑制される。この電流制限領域4Aは、エピタキシャル層9のステップフロー成長方向に沿って形成されている。
The current limiting
ここで電流制限領域4Aは、エピタキシャル層9および層間絶縁膜5からなる構成であってもよい。すなわち、電流制限領域4Aにおいて、エピタキシャル層9上に層間絶縁膜5が直接形成されていてもよい。
Here, the current limiting region 4 </ b> A may be configured by the
<効果>
本発明に関する実施形態によれば、電流制限領域4Aが、エピタキシャル層9上に形成された絶縁膜として、ゲート絶縁膜7および層間絶縁膜5を備える。
<Effect>
According to the embodiment relating to the present invention, the current limiting region 4 </ b> A includes the
このような炭化珪素半導体装置によれば、順方向電流ストレスによる積層欠陥がステップフロー成長方向に直交する方向に拡張していく際、電流制限領域4Aに到達したところで積層欠陥の進行が止まり、それ以上積層欠陥が拡張することを抑制できる。
According to such a silicon carbide semiconductor device, when the stacking fault due to the forward current stress expands in the direction perpendicular to the step flow growth direction, the progress of the stacking fault stops when it reaches the current limiting
<第3実施形態>
<構成>
図4は、本発明の本実施形態に関する炭化珪素半導体装置の構造を示す断面図である。図4は、エピタキシャル層9のステップフロー成長方向から見た図である。図3と同じ構成については、同じ符号を付して図示し詳細な説明については省略する。図3と異なる構成については、以下に説明する。
<Third Embodiment>
<Configuration>
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of the silicon carbide semiconductor device according to this embodiment of the present invention. FIG. 4 is a view seen from the step flow growth direction of the
図4に示された炭化珪素半導体装置は、各トランジスタセルに挟まれた位置に形成された電流制限領域4Bを備える。電流制限領域4Bは、ゲート電極6が形成されていない領域におけるエピタキシャル層9、第2導電型のウェル領域10、ゲート絶縁膜7、層間絶縁膜5を備える領域である。
The silicon carbide semiconductor device shown in FIG. 4 includes a current limiting
電流制限領域4Bは絶縁性の領域を含んでおり、当該領域においては電流が流れることが抑制される。この電流制限領域4Bは、エピタキシャル層9のステップフロー成長方向に沿って形成されている。
The current limiting
図3に示された構成と比較すると、電流制限領域4Bのエピタキシャル層9表面の左右端部にはウェル領域10が形成されていることが異なっている。また、電流制限領域4Bが備えるゲート絶縁膜7および層間絶縁膜5が、電流制限領域4Bの左右端部に形成されたウェル領域10にソース電極13が接触する部分においてコンタクトホールが形成されていることが異なっている。
Compared to the configuration shown in FIG. 3, the
ここで電流制限領域4Bは、エピタキシャル層9、ウェル領域10、層間絶縁膜5からなる構成であってもよい。すなわち、電流制限領域4Bにおいて、エピタキシャル層9上に層間絶縁膜5が直接形成されていてもよい。
Here, the current limiting region 4 </ b> B may be configured by the
図5は、図4を上方から見た透視図であり、トランジスタセルの注入領域を示す図である。図5に示されるように、電流制限領域4Bは、エピタキシャル層9のステップフロー成長方向(例えば<11−20>方向)に沿って形成されている。
FIG. 5 is a perspective view of FIG. 4 as viewed from above, and shows an implantation region of a transistor cell. As shown in FIG. 5, the current limiting region 4 </ b> B is formed along the step flow growth direction (e.g., <11-20> direction) of the
図5に示されるように、単位トランジスタセルは互いに離間して配列されているが、電流制限領域4Bによってさらに離間されることになる。
As shown in FIG. 5, the unit transistor cells are arranged apart from each other, but are further separated by the current limiting
<効果>
本発明に関する実施形態によれば、電流制限領域4Bが、ソース領域11がその表面に形成されていないウェル領域10を備える。
<Effect>
According to the embodiment of the present invention, the current limiting
このような炭化珪素半導体装置によれば、ウェル領域10によって電流制限領域4Bにおける電界緩和を行うことができ、耐圧向上を実現しながら積層欠陥の拡張を抑制することができる。
According to such a silicon carbide semiconductor device, electric field relaxation in the current limiting
<第4実施形態>
<構成>
図6は、本発明の本実施形態に関する炭化珪素半導体装置の構造を示す断面図である。図6は、エピタキシャル層9のステップフロー成長方向から見た図である。図4と同じ構成については、同じ符号を付して図示し詳細な説明については省略する。図4と異なる構成については、以下に説明する。
<Fourth embodiment>
<Configuration>
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the structure of the silicon carbide semiconductor device according to this embodiment of the present invention. FIG. 6 is a view seen from the step flow growth direction of the
図6に示された炭化珪素半導体装置は、各トランジスタセルに挟まれた位置に形成された電流制限領域4Cを備える。電流制限領域4Cは、均一に配列されたトランジスタセルのうちの一部のトランジスタセルについて、ソース領域11およびウェルコンタクト領域12を注入しないことで実現される領域である。すなわち、ソース領域11およびウェルコンタクト領域12を注入しない一部のトランジスタセルが、トランジスタアレイ構造における均一な離間間隔を維持して、エピタキシャル層9のステップフロー成長方向に沿って配列されている。
The silicon carbide semiconductor device shown in FIG. 6 includes a current limiting region 4C formed at a position sandwiched between the transistor cells. The current limiting region 4C is a region realized by not injecting the
図7は、図6を上方から見た透視図であり、トランジスタセルの注入領域を示す図である。図7に示されるように、電流制限領域4Cは、エピタキシャル層9のステップフロー成長方向(例えば<11−20>方向)に沿って形成されている。
FIG. 7 is a perspective view of FIG. 6 as viewed from above, and shows an implantation region of a transistor cell. As shown in FIG. 7, the current limiting region 4 </ b> C is formed along the step flow growth direction (for example, <11-20> direction) of the
電流制限領域4Cにおけるウェル領域10には、ソース領域11およびウェルコンタクト領域12が形成されていない。またこれらの電流制限領域4Cにおけるウェル領域10は、電流制限領域4C外のウェル領域10と同様に、互いに離間して均一に配列されている。当該構成である場合には、電流制限領域4Cとなるウェル領域10と電流制限領域4C外となるウェル領域10とを同じ工程で形成することができ、形成が容易である。
The
通常動作では、ウェル領域10とソース電極13とのコンタクト抵抗が大きいため、電流制限領域4Cにおいて電流が流れることは抑制される。
In normal operation, since the contact resistance between the
なお、電流制限領域4Cにおけるウェル領域10の数は、図6および図7に示される場合に限られず、以下のような場合であってもよい。
The number of
図8は、本実施形態に関する炭化珪素半導体装置の構造の変形例を示す断面図である。 FIG. 8 is a cross-sectional view showing a modification of the structure of the silicon carbide semiconductor device according to this embodiment.
図8は、エピタキシャル層9のステップフロー成長方向から見た図である。図6と同じ構成については、同じ符号を付して図示し詳細な説明については省略する。図6と異なる構成については、以下に説明する。
FIG. 8 is a view of the
図8に示された炭化珪素半導体装置は、各トランジスタセルに挟まれた位置に形成された電流制限領域4Dを備える。電流制限領域4Dは、均一に配列されたトランジスタセルのうちの一部のトランジスタセルについて、ソース領域11およびウェルコンタクト領域12を注入しないことで実現される領域であるが、電流制限領域4Cとは異なり、ステップフロー成長方向と直交する方向に並ぶウェル領域10の数は1つである。当該構成である場合にも、電流制限領域4Dとなるウェル領域10と電流制限領域4D外となるウェル領域10とを同じ工程で形成することができ、形成が容易である。
The silicon carbide semiconductor device shown in FIG. 8 includes a current limiting
<効果>
本発明に関する実施形態によれば、電流制限領域4Cおよび電流制限領域4Dに備えられたウェル領域10が、電流制限領域外に形成されたウェル領域10とともに、等間隔で配列されている。
<Effect>
According to the embodiment of the present invention, the
このような炭化珪素半導体装置によれば、トランジスタアレイ構造の均一な配置間隔を維持することで、耐圧低下を抑制しつつ、積層欠陥の拡張を抑制することができる。また、電流制限領域内外のウェル領域10を同一工程で形成することができ、形成が容易である。
According to such a silicon carbide semiconductor device, by maintaining a uniform arrangement interval of the transistor array structure, expansion of stacking faults can be suppressed while suppressing a decrease in breakdown voltage. Further, the
<第5実施形態>
<構成>
図9は、本発明の本実施形態に関する炭化珪素半導体装置の構造を示す断面図である。図9は、エピタキシャル層9のステップフロー成長方向から見た図である。図8と同じ構成については、同じ符号を付して図示し詳細な説明については省略する。図8と異なる構成については、以下に説明する。
<Fifth Embodiment>
<Configuration>
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the structure of the silicon carbide semiconductor device according to this embodiment of the present invention. FIG. 9 is a view seen from the step flow growth direction of the
図9に示された炭化珪素半導体装置は、各トランジスタセルに挟まれた位置に形成された電流制限領域4Eを備える。電流制限領域4Eは、ソース領域11およびウェルコンタクト領域12が注入されないウェル領域10Aによって実現される領域であるが、電流制限領域4Dとは異なり、電流制限領域4Eにおけるステップフロー成長方向と直交する方向のウェル領域10Aの幅(図9における左右幅)が、以下のように決定される。
The silicon carbide semiconductor device shown in FIG. 9 includes a current limiting
すなわちウェル領域10Aの左右幅は、電流制限領域4E下におけるSiC基板8とエピタキシャル層9との界面102における電流密度が、トランジスタセル下におけるSiC基板8とエピタキシャル層9との界面103における電流密度の1/10以下になるように調整される。望ましくは、電流制限領域4E下の界面102における電流密度が、トランジスタセル下の界面103における電流密度の1/100以下になるように調整される。
That is, the lateral width of the
なお、ウェル領域10Aとウェル領域10との間の配列間隔は、等間隔であってもよいし、異なる間隔であってもよい。
The arrangement interval between the
<効果>
本発明に関する実施形態によれば、電流制限領域4Eに備えられたウェル領域10Aのステップフロー成長方向に直交する方向の左右幅が、電流制限領域4E下におけるSiC基板8とエピタキシャル層9との界面における電流密度が、電流制限領域4E外に形成されたウェル領域10下におけるSiC基板8とエピタキシャル層9との界面における電流密度の1/10以下となるように調整されている。
<Effect>
According to the embodiment of the present invention, the lateral width of the
このような炭化珪素半導体装置によれば、ウェル領域10A下の界面における電流密度を、ウェル領域10下の界面における電流密度の少なくとも1/10以下とすることによって電流制限領域4Eにおいて流れる電流を効果的に抑制することができる。
According to such a silicon carbide semiconductor device, the current density at the interface under the
電流制限領域4E下における電流密度が、トランジスタセル下における電流密度の1/10以下となれば、電流制限領域4Eにおいて十分に電流値が低く制限されることとなり、必要以上に電流制限領域4Eを大きく形成することを避けることができる。
If the current density under the current limiting
さらに、装置のON抵抗増加や損失増加等を抑制しつつ、積層欠陥拡張を抑制することができる。 Furthermore, it is possible to suppress the stacking fault expansion while suppressing an increase in ON resistance, an increase in loss and the like of the device.
本発明の実施形態では、各構成要素の材質、材料、実施の条件等についても記載しているが、これらは例示であって記載したものに限られるものではない。 In the embodiment of the present invention, the material of each component, material, conditions for implementation, and the like are also described, but these are examples and are not limited to those described.
なお本発明は、その発明の範囲内において、各実施形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施形態において任意の構成要素の省略がである。 In the present invention, within the scope of the invention, the embodiments can be freely combined, arbitrary constituent elements of each embodiment can be modified, or arbitrary constituent elements can be omitted in each embodiment.
1 ゲートパッド、2 ソースパッド、4,4A,4B,4C,4D,4E 電流制限領域、5 層間絶縁膜、6 ゲート電極、7 ゲート絶縁膜、8 SiC基板、9 エピタキシャル層、10,10A ウェル領域、11 ソース領域、12 ウェルコンタクト領域、13 ソース電極、40 絶縁層、101 矢印、102,103 界面。 1 gate pad, 2 source pad, 4, 4A, 4B, 4C, 4D, 4E current limiting region, 5 interlayer insulating film, 6 gate electrode, 7 gate insulating film, 8 SiC substrate, 9 epitaxial layer, 10, 10A well region , 11 source region, 12 well contact region, 13 source electrode, 40 insulating layer, 101 arrow, 102, 103 interface.
Claims (7)
前記炭化珪素半導体基板上に形成された第1導電型のエピタキシャル層と、
前記エピタキシャル層表面に互いに離間して形成された第2導電型の複数のウェル領域と、
各前記ウェル領域表面に部分的に形成された第1導電型のソース領域と、
ゲート絶縁膜を介し、前記ウェル領域上から前記エピタキシャル層上に亘って形成されたゲート電極と、
前記ソース領域上に形成されたソース電極と、
前記炭化珪素半導体基板裏面に形成されたドレイン電極と、
前記エピタキシャル層における前記ウェル領域に挟まれる領域において、前記エピタキシャル層のステップフロー成長方向に沿って形成された電流制限領域とを備えることを特徴とする、
炭化珪素半導体装置。 A first conductivity type silicon carbide semiconductor substrate having an off angle;
An epitaxial layer of a first conductivity type formed on the silicon carbide semiconductor substrate;
A plurality of well regions of a second conductivity type formed on the epitaxial layer surface apart from each other;
A first conductivity type source region partially formed on the surface of each well region;
A gate electrode formed on the epitaxial layer from the well region via a gate insulating film;
A source electrode formed on the source region;
A drain electrode formed on the back surface of the silicon carbide semiconductor substrate;
In the region sandwiched between the well regions in the epitaxial layer, comprising a current limiting region formed along the step flow growth direction of the epitaxial layer,
Silicon carbide semiconductor device.
前記電流制限領域が、<11−20>方向に沿って形成されていることを特徴とする、
請求項1に記載の炭化珪素半導体装置。 The silicon carbide semiconductor substrate has a (0001) plane appearing on the substrate surface,
The current limiting region is formed along the <11-20> direction,
The silicon carbide semiconductor device according to claim 1.
請求項1または2に記載の炭化珪素半導体装置。 The current limiting region includes an insulating film formed on the epitaxial layer,
The silicon carbide semiconductor device according to claim 1 or 2.
請求項1〜3のいずれかに記載の炭化珪素半導体装置。 The current limiting region comprises an insulating layer embedded in the epitaxial layer,
The silicon carbide semiconductor device in any one of Claims 1-3.
請求項1〜4のいずれかに記載の炭化珪素半導体装置。 The current limiting region includes the well region in which the source region is not formed on the surface thereof,
The silicon carbide semiconductor device in any one of Claims 1-4.
請求項5に記載の炭化珪素半導体装置。 The well region provided in the current limiting region is arranged at regular intervals together with the well region formed outside the current limiting region,
The silicon carbide semiconductor device according to claim 5.
前記電流制限領域下における前記炭化珪素半導体基板と前記エピタキシャル層との界面における電流密度が、前記電流制限領域外に形成された前記ウェル領域下における前記炭化珪素半導体基板と前記エピタキシャル層との界面における電流密度の1/10以下となるように調整されていることを特徴とする、
請求項5または6に記載の炭化珪素半導体装置。 The left-right width in the direction perpendicular to the step flow growth direction of the well region provided in the current limiting region,
The current density at the interface between the silicon carbide semiconductor substrate and the epitaxial layer under the current limiting region is at the interface between the silicon carbide semiconductor substrate and the epitaxial layer under the well region formed outside the current limiting region. It is adjusted to be 1/10 or less of the current density,
The silicon carbide semiconductor device according to claim 5 or 6.
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