JP2016181672A - Semiconductor device, semiconductor device manufacturing method, inverter circuit, driving device, vehicle and lift - Google Patents
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Abstract
【課題】SiC表面の界面準位が低減された半導体装置を提供する。【解決手段】実施形態の半導体装置は、第1の面を備えるSiC層と、絶縁層と、Be(ベリリウム)、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、Ba(バリウム)の群の少なくとも一つの元素を含有し、元素の濃度のピークの半値全幅が1nm以下であり、第1の面においてSiC層中のSi(シリコン)又はC(炭素)いずれとも結合しないボンドを有するSi(シリコン)及びC(炭素)の面密度を第1の面密度とした場合に、元素の面密度である第2の面密度が第1の面密度の1/2以下である、SiC層の第1の面と絶縁層との間の領域と、を備える。【選択図】図1A semiconductor device having a reduced interface state on a SiC surface is provided. A semiconductor device according to an embodiment includes a SiC layer having a first surface, an insulating layer, and Be (beryllium), Mg (magnesium), Ca (calcium), Sr (strontium), and Ba (barium). Si having a bond containing at least one element of the group, the full width at half maximum of the peak of the concentration of the element being 1 nm or less, and not bonding to either Si (silicon) or C (carbon) in the SiC layer on the first surface When the surface density of (silicon) and C (carbon) is the first surface density, the second surface density, which is the element surface density, is ½ or less of the first surface density. A region between the first surface and the insulating layer. [Selection] Figure 1
Description
本発明の実施形態は、導体装置、半導体装置の製造方法、インバータ回路、駆動装置、車両、及び、昇降機に関する。 Embodiments described herein relate generally to a conductor device, a method for manufacturing a semiconductor device, an inverter circuit, a drive device, a vehicle, and an elevator.
次世代の半導体デバイス用の材料としてSiC(炭化珪素)が期待されている。SiCはSi(シリコン)と比較して、バンドギャップが3倍、破壊電界強度が約10倍、熱伝導率が約3倍と優れた物性を有する。この特性を活用すれば低損失かつ高温動作可能な半導体デバイスを実現することができる。 SiC (silicon carbide) is expected as a material for next-generation semiconductor devices. Compared with Si (silicon), SiC has excellent physical properties such as a band gap of 3 times, a breakdown electric field strength of about 10 times, and a thermal conductivity of about 3 times. By utilizing this characteristic, it is possible to realize a semiconductor device capable of operating at high temperature with low loss.
しかし、例えば、SiCを用いてMIS(Metal Insulator Semiconductor)構造を形成する場合、半導体と絶縁層との間に存在する界面準位の密度がSiと比較して大きくなる。このため、電荷の移動度が低下し、MISFET(Meatl Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)やIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)のオン抵抗が高くなるという問題がある。 However, for example, when a MIS (Metal Insulator Semiconductor) structure is formed using SiC, the density of interface states existing between the semiconductor and the insulating layer is larger than that of Si. For this reason, there is a problem that the mobility of charges is lowered, and the on-resistance of MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) and IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) is increased.
また、例えば、SiC上に金属電極を設けてSBD(Schottky Barrier Diode)を製造する場合、SiCと金属電極との間に存在する界面準位によりフェルミレベルのピン止めが生じる。このため、SBDとして所望の特性が実現できないという問題がある。 Further, for example, when an SBD (Schottky Barrier Diode) is manufactured by providing a metal electrode on SiC, Fermi level pinning occurs due to an interface state existing between SiC and the metal electrode. For this reason, there exists a problem that a desired characteristic cannot be implement | achieved as SBD.
本発明が解決しようとする課題は、SiC表面の界面準位が低減された半導体装置、半導体装置の製造方法、インバータ回路、駆動装置、車両、及び、昇降機を提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to provide a semiconductor device, a semiconductor device manufacturing method, an inverter circuit, a driving device, a vehicle, and an elevator in which the interface state on the SiC surface is reduced.
実施形態の半導体装置は、第1の面を備えるSiC層と、絶縁層と、Be(ベリリウム)、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、Ba(バリウム)の群の少なくとも一つの元素を含有し、前記元素の濃度のピークの半値全幅が1nm以下であり、前記第1の面において前記SiC層中のSi(シリコン)又はC(炭素)いずれとも結合しないボンドを有するSi(シリコン)及びC(炭素)の面密度を第1の面密度とした場合に、前記元素の面密度である第2の面密度が前記第1の面密度の1/2以下である、前記SiC層の前記第1の面と前記絶縁層との間の領域と、を備える。 The semiconductor device according to the embodiment includes at least one member selected from the group consisting of a SiC layer having a first surface, an insulating layer, Be (beryllium), Mg (magnesium), Ca (calcium), Sr (strontium), and Ba (barium). Si having a bond that contains two elements, the full width at half maximum of the concentration peak of the element is 1 nm or less, and does not bond to either Si (silicon) or C (carbon) in the SiC layer on the first surface. When the surface density of silicon and C (carbon) is the first surface density, the second surface density, which is the surface density of the element, is less than or equal to ½ of the first surface density. A region between the first surface of the layer and the insulating layer.
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、同一の部材等には同一の符号を付し、一度説明した部材等については適宜その説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same members and the like are denoted by the same reference numerals, and the description of the members and the like once described is omitted as appropriate.
また、以下の説明において、n+、n、n−及び、p+、p、p−の表記は、各導電型における不純物濃度の相対的な高低を表す。すなわちn+はnよりもn型の不純物濃度が相対的に高く、n−はnよりもn型の不純物濃度が相対的に低いことを示す。また、p+はpよりもp型の不純物濃度が相対的に高く、p−はpよりもp型の不純物濃度が相対的に低いことを示す。なお、n+型、n−型を単にn型、p+型、p−型を単にp型と記載する場合もある。 In the following description, the notations n + , n, n − and p + , p, p − represent the relative level of impurity concentration in each conductivity type. That is, n + indicates that the n-type impurity concentration is relatively higher than n, and n − indicates that the n-type impurity concentration is relatively lower than n. Further, p + indicates that the p-type impurity concentration is relatively higher than p, and p − indicates that the p-type impurity concentration is relatively lower than p. In some cases, n + type and n − type are simply referred to as n type, p + type and p − type as simply p type.
(第1の実施形態)
本実施形態の半導体装置は、第1の面を備えるSiC層と、絶縁層と、SiC層の第1の面と絶縁層との間に設けられ、Be(ベリリウム)、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、Ba(バリウム)の群から選ばれる少なくとも一つの元素を含有し、上記元素の濃度のピークの半値全幅が1nm以下であり、第1の面においてSi(シリコン)又はC(炭素)いずれとも結合しないSi(シリコン)及びC(炭素)の面密度を第1の面密度とした場合に、上記元素の面密度である第2の面密度が第1の面密度の1/2以下である領域と、を備える。
(First embodiment)
The semiconductor device of the present embodiment is provided between a SiC layer having a first surface, an insulating layer, and the first surface of the SiC layer and the insulating layer, and includes Be (beryllium), Mg (magnesium), and Ca. (Calcium), Sr (strontium), Ba (barium) at least one element selected from the group, the full width at half maximum of the concentration peak of the element is 1 nm or less, Si (silicon) in the first surface Alternatively, when the surface density of Si (silicon) and C (carbon) not bonded to any of C (carbon) is the first surface density, the second surface density that is the surface density of the element is the first surface density. And a region that is less than or equal to ½ of.
以下、便宜上、上記領域を界面領域と称する。また、便宜上、界面領域に含有される上記元素を終端元素と称する。 Hereinafter, for convenience, the region is referred to as an interface region. For convenience, the element contained in the interface region is referred to as a termination element.
図1は、本実施形態の半導体装置であるMISFETの構成を示す模式断面図である。このMISFET100は、pウェルとソース領域をイオン注入で形成する、Double Implantation MOSFET(DIMOSFET)である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a MISFET that is a semiconductor device of the present embodiment. The
このMISFET100は、n+型のSiC基板12を備えている。本明細書ではSiC基板12等の面に対し、図1における上側の面を表面、下側の面を裏面と称する。
The
SiC基板12は、例えば、不純物濃度1×1018cm−3以上1×1020cm−3以下の、例えばN(窒素)をn型不純物として含む4H−SiCのSiC基板である。
The
図2は、SiC半導体の結晶構造を示す図である。SiC半導体の代表的な結晶構造は、4H−SiCのような六方晶系である。六角柱の軸方向に沿うc軸を法線とする面(六角柱の頂面)の一方が(0001)面である。(0001)面と等価な面を、シリコン面と称し{0001}面と表記する。シリコン面にはSi(シリコン)が配列している。 FIG. 2 is a diagram showing a crystal structure of the SiC semiconductor. A typical crystal structure of the SiC semiconductor is a hexagonal system such as 4H—SiC. One of the surfaces (the top surface of the hexagonal column) whose normal is the c-axis along the axial direction of the hexagonal column is the (0001) surface. A plane equivalent to the (0001) plane is referred to as a silicon plane and expressed as a {0001} plane. Si (silicon) is arranged on the silicon surface.
六角柱の軸方向に沿うc軸を法線とする面(六角柱の頂面)の他方が(000−1)面である。(000−1)面と等価な面を、カーボン面と称し{000−1}面と表記する。カーボン面にはC(炭素)が配列している The other side of the surface (the top surface of the hexagonal column) having the c-axis along the axial direction of the hexagonal column as a normal is the (000-1) plane. A plane equivalent to the (000-1) plane is referred to as a carbon plane and expressed as a {000-1} plane. C (carbon) is arranged on the carbon surface
一方、六角柱の側面(柱面)が、(1−100)面と等価な面であるm面、すなわち{1−100}面である。また、隣り合わない一対の稜線を通る面が(11−20)面と等価な面であるa面、すなわち{11−20}面である。m面及びa面には、Si(シリコン)及びC(炭素)の双方が配列している。 On the other hand, the side surface (column surface) of the hexagonal column is an m-plane that is a plane equivalent to the (1-100) plane, that is, the {1-100} plane. A plane passing through a pair of ridge lines that are not adjacent to each other is an a plane that is equivalent to the (11-20) plane, that is, a {11-20} plane. Both Si (silicon) and C (carbon) are arranged on the m-plane and the a-plane.
以下、SiC基板12の表面がシリコン面に対し0度以上30度以下傾斜した面、裏面がカーボン面に対し0度以上30度以下傾斜した面である場合を例に説明する。
Hereinafter, the case where the surface of
SiC基板12の表面上には、例えば、n型不純物の不純物濃度5×1015以上2×1016cm−3以下のn−型のドリフト層(SiC層)14が形成されている。ドリフト層14は、例えば、SiC基板12上にエピタキシャル成長により形成されたSiCのエピタキシャル成長層である。
On the surface of the
ドリフト層14の表面(第1の面)も、シリコン面に対し0度以上30度以下傾斜した面である。ドリフト層14の膜厚は、例えば、5μm以上100μm以下である。
The surface (first surface) of the
ドリフト層14の一部表面には、例えば、p型不純物の不純物濃度5×1015cm−3以上1×1017cm−3以下のp型のpウェル領域(SiC層)16が形成されている。pウェル領域16の深さは、例えば0.6μm程度である。pウェル領域16は、MISFET100のチャネル領域として機能する。
For example, a p-type p-well region (SiC layer) 16 having a p-type impurity impurity concentration of 5 × 10 15 cm −3 or more and 1 × 10 17 cm −3 or less is formed on a partial surface of the
pウェル領域16の一部表面には、例えばn型不純物の不純物濃度1×1018cm−3以上1×1022cm−3cm−3以下のn+型のソース領域18が形成されている。ソース領域18の深さは、pウェル領域16の深さよりも浅く、例えば0.3μm程度である。
An n + -
また、pウェル領域16の一部表面であって、ソース領域18の側方に、例えば、p型不純物の不純物濃度1×1018cm−3以上1×1022cm−3以下のp+型のpウェルコンタクト領域20が形成されている。pウェルコンタクト領域20の深さは、pウェル領域16の深さよりも浅く、例えば0.3μm程度である。
Further, on the surface of a part of the p-
ドリフト層14及びpウェル領域16の表面(第1の面)に連続的に、これらの層及び領域を跨ぐように形成されたゲート絶縁層(絶縁層)28を有している。ゲート絶縁層28には、例えば、シリコン酸化膜、シリコン酸窒化膜、又は、high−k絶縁膜が適用可能である。ゲート絶縁層28のリーク電流を抑制する観点からは、high−k絶縁膜と比較して、バンドギャップの大きいシリコン酸化膜を適用することが望ましい。
A gate insulating layer (insulating layer) 28 is formed on the surface (first surface) of the
また、ゲート絶縁層28中にC(炭素)が過剰に存在すると、デバイス特性に悪影響を与えるトラップ準位の密度が増加する恐れがある。したがって、ゲート絶縁層28中のC(炭素)の濃度が1×1018cm−3以下であることが望ましい。
Further, if C (carbon) is excessively present in the
そして、ゲート絶縁層28上には、ゲート電極30が形成されている。ゲート電極30には、例えば、ドーピングされたポリシリコン等が適用可能である。ゲート電極30上には、例えば、シリコン酸化膜で形成される層間絶縁膜32が形成されている。
A
ゲート電極30下の、ソース領域18とドリフト層14とに挟まれるpウェル領域16がMISFET100のチャネル領域として機能する。
A p-
ゲート絶縁層28は、ゲート電極30とドリフト層14との間に設けられる。そして、ドリフト層14とゲート絶縁層28との間には、界面領域40が設けられる。
The
界面領域40は、Be(ベリリウム)、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、Ba(バリウム)の群から選ばれる少なくとも一つの元素(終端元素)を含有する。
The
終端元素は、ドリフト層14とゲート絶縁層28との間の界面に偏析している。終端元素の濃度のピークの半値全幅は1nm以下である。濃度のピークの半値全幅は0.5nm以下であることが望ましく、0.2nm未満であることがより望ましい。
The termination element is segregated at the interface between the
界面領域40は、単原子層(monoatomic layer)であることが望ましい。
The
ドリフト層(SiC層)14の表面(第1の面)においてSi(シリコン)又はC(炭素)いずれとも結合しないSi(シリコン)及びC(炭素)の面密度を第1の面密度と定義する。また、終端元素の面密度を第2の面密度とする。第2の面密度は第1の面密度の1/2以下である。 The surface density of Si (silicon) and C (carbon) that does not bond to either Si (silicon) or C (carbon) on the surface (first surface) of the drift layer (SiC layer) 14 is defined as the first surface density. . Further, the surface density of the termination element is set to the second surface density. The second surface density is ½ or less of the first surface density.
第2の面密度が第1の面密度の1/120以下であることが望ましい。また、第2の面密度が第1の面密度の1/12000以上であることが望ましい。 It is desirable that the second surface density is 1/120 or less of the first surface density. Further, it is desirable that the second surface density is 1/12000 or more of the first surface density.
界面領域40における終端元素の濃度のピークは、5×1018cm−3以上であることが望ましい。また、1×1019cm−3以上であることがより望ましい。
The peak of the concentration of the termination element in the
ゲート絶縁層(絶縁層)28中の終端元素の濃度は、1×1018cm−3以下であることが望ましい。絶縁層中の終端元素の濃度は、SIMSにて確認できるが、各終端元素の検出限界以下(およそ1×1017cm−3以下)であることがより好ましい。ゲート絶縁層28中の終端元素の濃度は、例えば、界面領域40における終端元素の濃度のピークから1nm以上離れた位置の濃度とする。
The concentration of the termination element in the gate insulating layer (insulating layer) 28 is desirably 1 × 10 18 cm −3 or less. Although the concentration of the termination element in the insulating layer can be confirmed by SIMS, it is more preferably below the detection limit of each termination element (approximately 1 × 10 17 cm −3 or less). The concentration of the termination element in the
MISFET100は、ソース領域18とpウェルコンタクト領域20とに電気的に接続される導電性のソース電極34を備えている。ソース電極34は、pウェル領域16に電位を与えるpウェル電極としても機能する。
The
ソース電極34は、例えば、Ni(ニッケル)のバリアメタル層と、バリアメタル層上のAl(アルミニウム)のメタル層との積層で構成される。Niのバリアメタル層とAlのメタル層とは反応により合金を形成していてもよい。
The
また、SiC基板12のドリフト層14と反対側、すなわち、裏面側には、導電性のドレイン電極36が形成されている。ドレイン電極36は、例えば、Ni(ニッケル)である。
In addition, a
なお、本実施形態において、n型不純物は例えば、N(窒素)やP(リン)が好ましいが、As(ヒ素)あるいはSb(アンチモン)等を適用することも可能である。また、p型不純物は例えば、Al(アルミニウム)が好ましいが、B(ボロン)、Ga(ガリウム)、In(インジウム)等を適用することも可能である。 In this embodiment, the n-type impurity is preferably N (nitrogen) or P (phosphorus), for example, but As (arsenic) or Sb (antimony) can also be applied. For example, Al (aluminum) is preferable as the p-type impurity, but B (boron), Ga (gallium), In (indium), or the like can also be applied.
以下、本実施形態の半導体装置の作用及び効果について説明する。 Hereinafter, the operation and effect of the semiconductor device of this embodiment will be described.
SiCのMIS構造において、高い移動度が実現できない原因の一つは、界面のSi(シリコン)やC(炭素)のダングリングボンドが終端されず、界面準位を形成することにあると考えられる。発明者らによる第一原理計算による検討の結果、アルカリ土類金属であるBe(ベリリウム)、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、Ba(バリウム)の群から選ばれる元素(終端元素)により、安定してSiC層表面のダングリングボンドを終端できることが明らかになった。 One of the reasons why high mobility cannot be realized in the SiC MIS structure is considered to be that interface Si (silicon) or C (carbon) dangling bonds are not terminated and interface states are formed. . As a result of the first-principles calculation by the inventors, an element selected from the group consisting of Be (beryllium), Mg (magnesium), Ca (calcium), Sr (strontium), and Ba (barium), which are alkaline earth metals ( It was revealed that the dangling bonds on the surface of the SiC layer can be stably terminated by the termination element.
より具体的には、例えば、SiC層とシリコン酸化膜との積層構造中に、上記元素が存在する場合、上記元素がSiC層中やシリコン酸化膜中に存在するよりも、上記元素がSiC層の表面のSi(シリコン)又はC(炭素)と電子の交換作用を伴ってSiC層表面に結合する方がエネルギー的に安定であることが判明した。1個の上記元素は、2価であるため、SiC層表面で近接する2個のSi又はCとの間で電子の交換を行うことでSiC層表面に結合する。しかし、SiC層とシリコン酸化膜との積層界面のみに終端元素が偏析した構造を作りこむには、後に記すようなプロセスの工夫が必要である。 More specifically, for example, when the element is present in a laminated structure of an SiC layer and a silicon oxide film, the element is present in the SiC layer rather than being present in the SiC layer or the silicon oxide film. It has been found that it is more energetically stable to bond to the surface of the SiC layer with the exchange of electrons with Si (silicon) or C (carbon) on the surface. Since one of the above elements is divalent, it is bonded to the SiC layer surface by exchanging electrons with two Si or C adjacent on the SiC layer surface. However, in order to create a structure in which the termination element is segregated only at the laminated interface between the SiC layer and the silicon oxide film, it is necessary to devise processes as described later.
上記元素とSi又はCとの間の結合状態は、XPS(X−ray Photoelectron Spectroscopy)測定などにより確認することが可能である。 The bonding state between the element and Si or C can be confirmed by XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy) measurement or the like.
本実施形態では、SiC層の表面を、Be(ベリリウム)、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、Ba(バリウム)の群から選ばれる少なくとも一つの元素で終端する。したがって、MIS構造の界面の界面準位が低減され、チャネル部で高い移動度が得られる。よって、オン抵抗が低いMISFETが実現できる。 In the present embodiment, the surface of the SiC layer is terminated with at least one element selected from the group consisting of Be (beryllium), Mg (magnesium), Ca (calcium), Sr (strontium), and Ba (barium). Accordingly, the interface state at the interface of the MIS structure is reduced, and high mobility can be obtained in the channel portion. Therefore, a MISFET having a low on-resistance can be realized.
図3は、本実施形態の半導体装置のバンド図の一例を示す図である。SiC半導体のシリコン面をSr(ストロンチウム)で終端させた場合のバンド図を第一原理計算で求めている。 FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a band diagram of the semiconductor device of the present embodiment. A band diagram when the silicon surface of the SiC semiconductor is terminated with Sr (strontium) is obtained by the first principle calculation.
図3に示すように、SrがSiと結合することにより、Siのダングリングボンドが終端され、価電子帯と伝導帯との間のミッドギャップ中のダングリングボンドに起因する界面準位が無くなる。そして、バンドギャップエネルギーは、バルク4H−SiCのバンドギャップエネルギーを回復している。 As shown in FIG. 3, when Sr is bonded to Si, the dangling bond of Si is terminated, and the interface state caused by the dangling bond in the mid gap between the valence band and the conduction band is eliminated. . And the band gap energy has recovered the band gap energy of bulk 4H-SiC.
また、第一原理計算によれば、本実施形態の終端元素は、例えば、ダングリングボンドを終端することが知られるH(水素)やN(窒素)よりも、エネルギー的に安定な終端構造が形成できることが判明している。したがって、例えば、製造中に高温工程を経ても、終端元素の乖離によるダングリングボンドの発生が生じにくい。 Further, according to the first principle calculation, the termination element of this embodiment has a termination structure that is more stable in terms of energy than, for example, H (hydrogen) or N (nitrogen), which are known to terminate dangling bonds. It has been found that it can be formed. Therefore, for example, even if a high-temperature process is performed during manufacturing, generation of dangling bonds due to the dissociation of the termination element is unlikely to occur.
SiC層表面を酸化する場合、酸素がSiのバックボンドにアタックすることにより、SiCと酸化膜との界面のラフネスが生じ、ゲート絶縁層の信頼性が低下する恐れがある。また、酸化中にC(炭素)が酸化膜中に拡散し、リーク電流の増大、信頼性の低下が生じる恐れがある。また、酸化中にSiC層にC(炭素)の空孔が生じてトラップ準位を形成し、MISFETの移動度が低下する恐れがある。 When oxidizing the surface of the SiC layer, oxygen attacks the Si back bond, resulting in roughness of the interface between the SiC and the oxide film, which may reduce the reliability of the gate insulating layer. Further, C (carbon) may diffuse into the oxide film during oxidation, which may increase leakage current and decrease reliability. In addition, C (carbon) vacancies are generated in the SiC layer during oxidation to form trap levels, which may reduce the mobility of the MISFET.
本実施形態によれば、上記の終端元素により、SiC層の最表面が終端され、安定した界面領域40が形成される。安定な界面領域40が存在すると、酸化性雰囲気に晒されても、SiC層の更なる酸化が抑制される。したがって、界面のラフネスや、C(炭素)の酸化膜中への拡散が抑制される。よって、ゲート絶縁層のリーク電流の増大や信頼性の低下が抑制される。また、C(炭素)の空孔の形成も抑制され、MISFETの移動度の低下も抑制される。
According to the present embodiment, the outermost surface of the SiC layer is terminated by the above termination element, and the
一方、SiC層の表面に結合しない余剰の終端元素が存在すると、その終端元素は絶縁層中に拡散することになる。例えば、絶縁層がシリコン酸化膜である場合、シリコン酸化膜中に終端元素のシリケートや酸化物が形成される。絶縁層中の終端元素のシリケートや終端元素の酸化物は、バンドオフセットが小さいため、トラップ準位を形成し、絶縁層の信頼性を低下させる恐れがある。 On the other hand, if there is an excessive termination element that does not bond to the surface of the SiC layer, the termination element diffuses into the insulating layer. For example, when the insulating layer is a silicon oxide film, a silicate or oxide of a termination element is formed in the silicon oxide film. Since the silicate of the termination element and the oxide of the termination element in the insulating layer have a small band offset, a trap level may be formed and the reliability of the insulating layer may be reduced.
したがって、終端元素が、SiC層と絶縁層との界面でSiC層と結合する量以上に存在することは、デバイス特性を劣化させるため望ましくない。 Therefore, it is not desirable that the termination element is present in an amount larger than the amount bonded to the SiC layer at the interface between the SiC layer and the insulating layer because the device characteristics are deteriorated.
上述のように本実施形態の終端元素は、2個のSi又はCとの間で電子の交換を行うことでSiC層表面に結合する。このため、SiC層の表面において、終端元素は、ダングリングボンドを備えうるSi又はCの数の半分より多くは結合できない。 As described above, the termination element of the present embodiment is bonded to the surface of the SiC layer by exchanging electrons between two Si or C. For this reason, on the surface of the SiC layer, the termination element cannot bond more than half of the number of Si or C that can be provided with dangling bonds.
したがって、余剰の終端元素が存在しないようにする観点から、終端元素の第2の面密度は第1の面密度の1/2以下であることが望ましい。言い換えれば、終端元素の第2の面密度は第1の面密度の1/2よりも大きくないことが望ましい。ここで、第1の面密度は、SiC層の表面(第1の面)においてSi(シリコン)又はC(炭素)いずれとも結合しないSi(シリコン)及びC(炭素)の面密度である。言い換えれば、SiC層の表面(第1の面)において、ダングリングボンドを備えうるSi又はCの面密度である。 Therefore, it is desirable that the second surface density of the termination element is ½ or less of the first surface density from the viewpoint of preventing an excessive termination element from being present. In other words, it is desirable that the second surface density of the termination element is not greater than ½ of the first surface density. Here, the first surface density is the surface density of Si (silicon) and C (carbon) that do not bond to either Si (silicon) or C (carbon) on the surface (first surface) of the SiC layer. In other words, it is the surface density of Si or C that can have dangling bonds on the surface (first surface) of the SiC layer.
例えば、ドリフト層14の表面(第1の面)がシリコン面である場合を考える。シリコン面の表面に現れるSi(シリコン)又はC(炭素)の面密度は、2.4×1015cm−2である。シリコン面では、表面のC(炭素)は、すべてSi(シリコン)と結合している。したがって、シリコン面の場合は、SiのみがSi又はCのいずれとも結合しないので、第1の面密度は半分の1.2×1015cm−2となる。したがって、第2の面密度は、0.6×1015cm−2以下、すなわち、6×1014cm−2以下であることが望ましい。
For example, consider a case where the surface (first surface) of the
仮に、界面領域の厚さを0.2nmとすると、6×1014cm−2の面密度は、体積密度で3×1022cm−3に相当する。したがって、上記終端元素のピークの濃度は、3×1022cm−3以下であることが望ましい。 If the thickness of the interface region is 0.2 nm, the surface density of 6 × 10 14 cm −2 corresponds to 3 × 10 22 cm −3 in volume density. Therefore, the peak concentration of the termination element is desirably 3 × 10 22 cm −3 or less.
SiC層表面の界面準位密度は1×1014cm−2程度以下である。この場合、1個の上記終端元素が1個の界面準位を終端させるとすると、終端元素の上限は1×1014cm−2となる。これは、シリコン面の第1の面密度である1.2×1015cm−2の1/12である。よって、第2の面密度が第1の面密度の1/12以下であることが望ましい。また、第2の面密度が1×1014cm−2以下であることが望ましい。 The interface state density on the surface of the SiC layer is about 1 × 10 14 cm −2 or less. In this case, if one terminal element terminates one interface state, the upper limit of the terminal element is 1 × 10 14 cm −2 . This is 1/12 of 1.2 × 10 15 cm −2 that is the first surface density of the silicon surface. Therefore, it is desirable that the second surface density is 1/12 or less of the first surface density. Moreover, it is desirable that the second surface density is 1 × 10 14 cm −2 or less.
仮に、界面領域の厚さを0.2nmとすると、1×1014cm−2の面密度は、体積密度で5×1021cm−3に相当する。したがって、上記終端元素のピークの濃度は、5×1021cm−3以下であることが望ましい。 If the thickness of the interface region is 0.2 nm, the surface density of 1 × 10 14 cm −2 corresponds to 5 × 10 21 cm −3 in volume density. Therefore, the peak concentration of the termination element is preferably 5 × 10 21 cm −3 or less.
一般に、SiC層表面の界面準位密度は1×1013cm−2程度とされている。この場合、1個の上記終端元素が1個の界面準位を終端させるとすると、終端元素の上限は1×1013cm−2となる。これは、シリコン面の第1の面密度である1.2×1015cm−2の1/120である。よって、第2の面密度が第1の面密度の1/120以下であることが望ましい。また、第2の面密度が1×1013cm−2以下であることが望ましい。 In general, the interface state density on the surface of the SiC layer is about 1 × 10 13 cm −2 . In this case, if one terminal element terminates one interface state, the upper limit of the terminal element is 1 × 10 13 cm −2 . This is 1/120 of 1.2 × 10 15 cm −2 which is the first surface density of the silicon surface. Therefore, it is desirable that the second surface density is 1/120 or less of the first surface density. Moreover, it is desirable that the second surface density is 1 × 10 13 cm −2 or less.
仮に、界面領域の厚さを0.2nmとすると、1×1013cm−2の面密度は、体積密度で5×1020cm−3に相当する。したがって、上記終端元素のピークの濃度は、5×1020cm−3以下であることが望ましい。 If the thickness of the interface region is 0.2 nm, the surface density of 1 × 10 13 cm −2 corresponds to 5 × 10 20 cm −3 in volume density. Therefore, the peak concentration of the termination element is desirably 5 × 10 20 cm −3 or less.
また、上記元素による終端効果を実現するためには、少なくとも存在すると考えられる界面準位の10個に1個は上記終端元素で終端させることが出来れば十分な効果がある。したがって、第2の面密度が第1の面密度の1/1200以上であることが望ましい。また、第2の面密度が1×1012cm−2以上であることが望ましい。 Further, in order to realize the termination effect by the above elements, it is sufficient that at least one of ten interface states considered to be present can be terminated by the above termination element. Therefore, it is desirable that the second surface density is 1/1200 or more of the first surface density. Further, it is desirable that the second surface density is 1 × 10 12 cm −2 or more.
仮に、界面領域の厚さを0.2nmとすると、1×1012cm−2の面密度は、体積密度で5×1019cm−3に相当する。したがって、上記終端元素のピークの濃度は、5×1019cm−3以上であることが望ましい。 If the thickness of the interface region is 0.2 nm, the surface density of 1 × 10 12 cm −2 corresponds to 5 × 10 19 cm −3 in volume density. Therefore, the peak concentration of the termination element is desirably 5 × 10 19 cm −3 or more.
また、上記元素による終端効果を実現するためには、少なくとも存在すると考えられる界面準位の100個に1個は上記終端元素で終端させることが望ましい。したがって、第2の面密度が第1の面密度の1/12000以上であることが望ましい。また、第2の面密度が1×1011cm−2以上であることが望ましい。 Further, in order to realize the termination effect by the above elements, it is desirable that at least one of 100 interface states considered to be present be terminated by the above termination element. Therefore, it is desirable that the second surface density is 1/12000 or more of the first surface density. The second surface density is desirably 1 × 10 11 cm −2 or more.
仮に、界面領域の厚さを0.2nmとすると、1×1011cm−2の面密度は、体積密度で5×1018cm−3に相当する。したがって、上記終端元素のピークの濃度は、5×1018cm−3以上であることが望ましい。 If the thickness of the interface region is 0.2 nm, the surface density of 1 × 10 11 cm −2 corresponds to 5 × 10 18 cm −3 in volume density. Therefore, the peak concentration of the termination element is preferably 5 × 10 18 cm −3 or more.
なお、第1の面密度は、SiC層の表面(第1の面)の面方位が定まれば、幾何学的に算出することが可能である。また、第2の面密度は、例えば、SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry)により求めることが可能である。例えば、第2の面密度は、SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry)によりカウントされた界面領域の上記終端元素の量を、入射イオンのビーム面積で除した値である。 The first surface density can be calculated geometrically if the surface orientation of the surface (first surface) of the SiC layer is determined. The second surface density can be obtained by, for example, SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry). For example, the second areal density is a value obtained by dividing the amount of the termination element in the interface region counted by SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry) by the beam area of incident ions.
また、絶縁層中に終端元素が存在して、デバイス特性を劣化させることを抑制する観点から、絶縁層中の上記終端元素の濃度が、1×1018cm−3以下であることが望ましい。絶縁層中の終端元素の濃度は、SIMSにて確認できるが、各終端元素の検出限界以下(およそ1×1017cm−3以下)であることがより好ましい。 In addition, from the viewpoint of suppressing the presence of a termination element in the insulating layer and deteriorating device characteristics, the concentration of the termination element in the insulating layer is desirably 1 × 10 18 cm −3 or less. Although the concentration of the termination element in the insulating layer can be confirmed by SIMS, it is more preferably below the detection limit of each termination element (approximately 1 × 10 17 cm −3 or less).
また、絶縁層中に上記終端元素が存在して、デバイス特性を劣化させることを抑制する観点から、界面領域40は、単原子層(monoatomic layer)であることが望ましい。
In addition, the
単原子層とは、SiC表面に終端元素が原子1層分しかない状態を意味する。界面領域40が、単原子層の場合、界面領域40の物理的膜厚は、原子1個分以下である。具体的には0.2nm未満である。
The monoatomic layer means a state in which the terminal element has only one atomic layer on the SiC surface. When the
界面領域40が単原子層の場合、SiC層の表面において、Si(シリコン)又はC(炭素)いずれとも結合しないSi(シリコン)及びC(炭素)の数と、終端元素の数が一致する場合、すなわち、第1の面密度と第2の面密度が等しい場合を、界面領域40が1モノレイヤ(1ML)であると定義する。界面領域40が単原子層の場合、第2の面密度が第1の面密度の半分であるため、界面領域40は1/2モノレイヤ以下である。界面領域40は1/120モノレイヤ以下であることが望ましい。また、界面領域40は1/12000モノレイヤ以上であることが望ましい。
When the
なお、終端元素で終端されていない界面準位が、H(水素)、N(窒素)、F(フッ素)で終端されても構わない。したがって、界面領域40に、H(水素)、N(窒素)、又は、F(フッ素)が含有されていても構わない。
Note that an interface state that is not terminated with a termination element may be terminated with H (hydrogen), N (nitrogen), or F (fluorine). Therefore, the
なお、終端元素の内、原子半径が大きい元素程、より安定にSiC層表面に結合する。したがって、安定した終端構造を実現する観点からは、終端元素がBa(バリウム)又はSr(ストロンチウム)であることが望ましい。一方、半導体装置の製造コストを低減させる観点からは、終端元素は、安価な元素であるMg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)であることが望ましい。 Of the terminal elements, the element with the larger atomic radius is more stably bonded to the SiC layer surface. Therefore, from the viewpoint of realizing a stable termination structure, it is desirable that the termination element is Ba (barium) or Sr (strontium). On the other hand, from the viewpoint of reducing the manufacturing cost of the semiconductor device, it is desirable that the terminal elements are Mg (magnesium) and Ca (calcium), which are inexpensive elements.
なお、ドリフト層14の表面(第1の面)は、シリコン面に対し0度以上8度以下傾斜した面であることが望ましい。
Note that the surface (first surface) of the
以上、本実施形態によれば、SiC層とゲート絶縁層との間の界面準位が低減され、高い移動度を備えたMISFETが実現される。そして、SiC層とゲート絶縁層との間の界面の間のラフネスが低減されている。また、終端元素のゲート絶縁層中の濃度が抑制されている。したがって、ゲート絶縁層のリーク電流が低減されるとともにゲート絶縁層の信頼性が向上する。よって、高い動作性能及び高い信頼性を備えたMISFET100が実現される。
As described above, according to the present embodiment, the interface state between the SiC layer and the gate insulating layer is reduced, and a MISFET having high mobility is realized. And the roughness between the interfaces between the SiC layer and the gate insulating layer is reduced. Further, the concentration of the termination element in the gate insulating layer is suppressed. Therefore, the leakage current of the gate insulating layer is reduced and the reliability of the gate insulating layer is improved. Therefore, the
(第2の実施形態)
本実施形態の半導体装置は、ドリフト層(SiC層)の表面(第1の面)がカーボン面((000−1)面)に対し0度以上30度以下傾斜した面である点で、第1の実施形態と異なっている。第1の実施形態と重複する内容については記述を省略する。
(Second Embodiment)
In the semiconductor device of this embodiment, the surface (first surface) of the drift layer (SiC layer) is a surface inclined at 0 ° or more and 30 ° or less with respect to the carbon surface ((000-1) surface). This is different from the first embodiment. The description overlapping with that of the first embodiment is omitted.
本実施形態のMISFETの構成も、図1で示される構成と同様である。以下、図1を参照しつつ本実施形態のMISFETについて説明する。 The configuration of the MISFET of this embodiment is the same as that shown in FIG. Hereinafter, the MISFET of this embodiment will be described with reference to FIG.
本実施形態のMISFETでは、SiC基板12の表面及びドリフト層(SiC層)14の表面(第1の面)がカーボン面((000−1)面)に対し0度以上30度以下傾斜した面である。
In the MISFET of this embodiment, the surface of the
そして、ドリフト層(SiC層)14とゲート絶縁層(絶縁層)28との間の界面には、界面領域40が設けられる。界面領域40は、Be(ベリリウム)、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、Ba(バリウム)の群から選ばれる少なくとも一つの元素(終端元素)を含有する。
An
カーボン面では、表面のSi(シリコン)は、すべてC(炭素)と結合している。したがって、カーボン面の場合は、CのみがSi又はCのいずれとも結合しない。よって、Cのみが、ダングリングボンドを形成し得る。 On the carbon surface, the surface Si (silicon) is all bonded to C (carbon). Therefore, in the case of a carbon surface, only C does not bond to either Si or C. Therefore, only C can form a dangling bond.
発明者による第一原理計算より、終端元素は、SiよりもCと結合することが、より安定であることが判明している。したがって、本実施形態によれば、第1の実施形態よりも、更に安定した界面領域40を備えるMISFETが実現される。
From the first-principles calculation by the inventor, it has been found that the termination element is more stable to bond with C than to Si. Therefore, according to the present embodiment, a MISFET including the
なお、ドリフト層14の表面は、更に安定した界面領域40を実現させる観点から、カーボン面に対し0度以上8度以下傾斜した面であることが望ましい。
Note that the surface of the
(第3の実施形態)
本実施形態の半導体装置は、ドリフト層(SiC層)の表面(第1の面)が<0001>方向に対し0度以上30度以下傾斜する面である点で、第1の実施形態と異なっている。第1の実施形態と重複する内容については記述を省略する。
(Third embodiment)
The semiconductor device of this embodiment differs from that of the first embodiment in that the surface (first surface) of the drift layer (SiC layer) is a surface inclined at 0 ° or more and 30 ° or less with respect to the <0001> direction. ing. The description overlapping with that of the first embodiment is omitted.
本実施形態のMISFETでは、SiC基板12の表面及びドリフト層(SiC層)14の表面(第1の面)が<0001>方向に対し0度以上30度以下傾斜する面である。例えば、ドリフト層14の表面は、a面又はm面である。なお、<0001>方向との表記は、[0001]方向と[000−1]方向を含む。
In the MISFET of the present embodiment, the surface of the
そして、ドリフト層14とゲート絶縁層(絶縁層)28との間の界面には、界面領域40が設けられる。界面領域40は、Be(ベリリウム)、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、Ba(バリウム)の群から選ばれる少なくとも一つの元素(終端元素)を含有する。
An
<0001>方向に対し0度以上30度以下傾斜する面では、Si(シリコン)及びC(炭素)のいずれもが、ダングリングボンドを形成し得る。 On the surface inclined at 0 ° or more and 30 ° or less with respect to the <0001> direction, both Si (silicon) and C (carbon) can form dangling bonds.
第2の実施形態で説明したように、終端元素は、SiよりもCと結合することが、より安定であることが判明している。一方、例えば、ゲート絶縁層28が酸化膜である場合、CよりもSiの方が酸素と強く結合する。
As described in the second embodiment, it has been found that the termination element is more stable when bonded to C than to Si. On the other hand, for example, when the
したがって、本実施形態によれば、終端元素がCと結合することで、第1の実施形態よりも更に安定した界面領域40が実現されるとともに、SiC層とゲート酸化膜28の結合もSiと酸素が結合することにより安定化する。したがって、デバイス特性が安定したMISFETが実現される。
Therefore, according to the present embodiment, the termination element is bonded to C, so that an
なお、ドリフト層14の表面は<0001>方向に対しに対し0度以上8度以下傾斜した面であることが望ましい。
Note that the surface of the
(第4の実施形態)
本実施形態の半導体装置の製造方法は、SiC層の第1の面に、Be(ベリリウム)、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、Ba(バリウム)の群から選ばれる少なくとも一つの元素のイオンをイオン注入し、SiC層の第1の面に熱酸化膜を形成し、熱酸化膜を剥離し、SiC層の第1の面上に第1の絶縁層を形成する。本実施形態の半導体装置の製造方法は、第1の実施形態に示した半導体装置の製造方法の一例である。
(Fourth embodiment)
The manufacturing method of the semiconductor device of the present embodiment has at least one selected from the group of Be (beryllium), Mg (magnesium), Ca (calcium), Sr (strontium), and Ba (barium) on the first surface of the SiC layer. Ions of one element are implanted, a thermal oxide film is formed on the first surface of the SiC layer, the thermal oxide film is peeled off, and a first insulating layer is formed on the first surface of the SiC layer. The manufacturing method of the semiconductor device of this embodiment is an example of the manufacturing method of the semiconductor device shown in the first embodiment.
図4−図8は、本実施形態の半導体装置の製造方法において、製造途中の半導体装置を示す模式断面図である。 4 to 8 are schematic cross-sectional views showing the semiconductor device being manufactured in the method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment.
まず、シリコン面である表面と、カーボン面である裏面を有するn+型のSiC基板12を準備する。次に、SiC基板12の表面上に、エピタキシャル成長法により、n−型のドリフト層(SiC層)14を形成する。
First, an n +
次に、公知のフォトリソグラフィー法とイオン注入法により、p型のpウェル領域16、n+型のソース領域18、及び、p+型のpウェルコンタクト領域20を形成する。
Next, a p-type
次に、ドリフト層14の表面(第1の面)から、Be(ベリリウム)、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、Ba(バリウム)の群から選ばれる少なくとも一つの元素(終端元素)のイオンをドリフト層14にイオン注入する(図4)。以下、終端元素としてSr(ストロンチウム)を例に説明する。 Next, at least one element selected from the group of Be (beryllium), Mg (magnesium), Ca (calcium), Sr (strontium), and Ba (barium) from the surface (first surface) of the drift layer 14 ( Ions are implanted into the drift layer 14 (FIG. 4). Hereinafter, Sr (strontium) will be described as an example of the termination element.
Srのイオン注入の前に、ドリフト層14の表面に、例えば、シリコン酸化膜等の絶縁膜のキャップ膜(第2の絶縁層)を設けても構わない。Srを、キャップ膜を通してイオン注入することにより、イオン注入後のドリフト層14内のSrを、ドリフト層14の表面近傍に分布させることが容易になる。
Prior to the Sr ion implantation, for example, a cap film (second insulating layer) of an insulating film such as a silicon oxide film may be provided on the surface of the
次に、ドリフト層14に、熱酸化膜42を形成する(図5)。熱酸化膜42を形成する際に、イオン注入によりドリフト層14に導入されたSrは、エネルギー的に安定なドリフト層14と熱酸化膜42との界面に偏析して界面領域40を形成する。より具体的には、Srは、ドリフト層14と熱酸化膜42との界面のSiと結合し、界面に高い濃度で分布する。
Next, a
この時、ドリフト層14内に打ち込まれたSrのほぼ全てが界面領域40、或いは熱酸化膜42に移動するように熱酸化を行うことが望ましい。つまり、Srが打ち込まれた領域全体を熱酸化により界面領域40、或いは熱酸化膜42に変えることが望ましい。
At this time, it is desirable to perform thermal oxidation so that almost all of Sr implanted into the
熱酸化は、例えば、ドライ酸化で900℃以上1100℃以下の温度で行う。 The thermal oxidation is performed at a temperature of 900 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower by dry oxidation, for example.
次に、熱酸化膜42を、例えば、公知のウェットエッチング法で全て剥離する(図6)。残存する界面領域40は、0.2nm未満である。
Next, the
次に、ドリフト層14の表面側の界面領域40上に、ゲート絶縁層(第1の絶縁層)28を形成する。ゲート絶縁層28は、例えば、LPCVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)法等の堆積法により形成されるシリコン酸化膜である。
Next, a gate insulating layer (first insulating layer) 28 is formed on the
ゲート絶縁層28の形成後に、ゲート絶縁層28のデンシファイのためのアニールを行っても構わない。アニールは、例えば、窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気下で、1200℃以上1300℃以下の温度で行われる。
After forming the
次に、公知の方法で、ゲート絶縁層28上にゲート電極30を形成する(図8)。ゲート電極30は、例えば、LPCVD法により形成されるドーピングされたポリシリコンである。
Next, a
その後、公知のプロセスにより、層間絶縁膜32、ソース電極34、ドレイン電極36を形成し、図1に示す本実施形態のMISFET100が製造される。
Thereafter, the
本実施形態の製造方法では、熱酸化膜42を全て剥離することで、熱酸化膜42中に拡散した炭素や余剰の終端元素を除去し、ゲート絶縁層28中のトラップ準位を低減させる。
In the manufacturing method according to the present embodiment, the
本実施形態の製造方法により、高い動作性能及び高い信頼性を備えたMISFETが実現される。 By the manufacturing method of this embodiment, a MISFET having high operating performance and high reliability is realized.
(第5の実施形態)
本実施形態の半導体装置の製造方法は、SiC層の第1の面に、Be(ベリリウム)、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、Ba(バリウム)の群から選ばれる少なくとも一つの元素を含む第1の膜を形成し、SiC層の第1の面に第1の絶縁層を形成する。本実施形態の半導体装置の製造方法は、第1の実施形態に示した半導体装置の製造方法の一例である。
(Fifth embodiment)
The manufacturing method of the semiconductor device of the present embodiment has at least one selected from the group of Be (beryllium), Mg (magnesium), Ca (calcium), Sr (strontium), and Ba (barium) on the first surface of the SiC layer. A first film containing one element is formed, and a first insulating layer is formed on the first surface of the SiC layer. The manufacturing method of the semiconductor device of this embodiment is an example of the manufacturing method of the semiconductor device shown in the first embodiment.
図9−図11は、本実施形態の半導体装置の製造方法において、製造途中の半導体装置を示す模式断面図である。 9 to 11 are schematic cross-sectional views showing the semiconductor device being manufactured in the method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment.
まず、シリコン面である表面と、カーボン面である裏面を有するn+型のSiC基板12を準備する。次に、SiC基板12の第1の面上に、エピタキシャル成長法により、n−型のドリフト層(SiC層)14を形成する。
First, an n +
SiC基板12上にドリフト層14を形成した後、公知のフォトリソグラフィー法とイオン注入法により、p型のpウェル領域16、n+型のソース領域18、及び、p+型のpウェルコンタクト領域20を形成する。この工程までは、第4の実施形態と同様である。
After forming
次に、ドリフト層14の表面(第1の面)に、Be(ベリリウム)、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、Ba(バリウム)の群から選ばれる少なくとも一つの元素(終端元素)を含む終端元素含有膜(第1の膜)44を形成する(図9)。終端元素含有膜44は、例えば、上記終端元素の単体膜である。単体膜は、例えば、金属膜である。以下、終端元素としてSr(ストロンチウム)を例に説明する。
Next, at least one element selected from the group of Be (beryllium), Mg (magnesium), Ca (calcium), Sr (strontium), and Ba (barium) is formed on the surface (first surface) of the
ドリフト層14表面には、終端元素含有膜44として、Srの単体膜(Sr膜)が形成される。Sr膜は、例えば、公知のスパッタ法により形成される。Sr膜は、蒸着法やMBE(Molecular Beam Epitaxy)法により形成されても構わない。
A single Sr film (Sr film) is formed as a termination element-containing
次に、ドリフト層14の表面を熱酸化し、熱酸化膜46を形成する(図10)。熱酸化膜46を形成する際に、終端元素含有膜44のSrは、エネルギー的に安定なドリフト層14と熱酸化膜46との界面に偏析して界面領域40を形成する。より具体的には、Srは、ドリフト層14と熱酸化膜46との界面のSiと結合して、界面に高い濃度で分布する。
Next, the surface of the
次に、熱酸化膜46を、例えば、公知のウェットエッチング法で全て除去する(図11)。残存する界面領域40は、0.2nm未満である。
Next, the
次に、第4の実施形態同様、ドリフト層14の表面側の界面領域40上に、ゲート絶縁層(第1の絶縁層)28を形成する。さらに、ゲート絶縁層28上にゲート電極30を形成する。
Next, as in the fourth embodiment, a gate insulating layer (first insulating layer) 28 is formed on the
その後、公知のプロセスにより、層間絶縁膜32、ソース電極34、ドレイン電極36を形成し、図1に示す本実施形態のMISFET100が製造される。
Thereafter, the
なお、熱酸化膜に代えて、熱酸窒化により熱酸窒化膜を形成しても構わない。 Instead of the thermal oxide film, a thermal oxynitride film may be formed by thermal oxynitridation.
本実施形態の製造方法では、熱酸化膜46を全て剥離することで、熱酸化膜46中に拡散した炭素や余剰の終端元素を除去し、ゲート絶縁層(絶縁層)28中のトラップ準位を低減させる。
In the manufacturing method of this embodiment, the
また、余剰の終端元素が生じないように、例えば、MBE法でSrの量を制御することも可能である。例えば、第1の面においてSi(シリコン)又はC(炭素)いずれとも結合しないSi(シリコン)及びC(炭素)の面密度を第1の面密度とした場合に、Srの面密度である第2の面密度が第1の面密度の1/2以下となるようSrの量を制御する。この方法によれば、熱酸化膜や熱酸窒化膜の形成を省略することが可能となる。 In addition, the amount of Sr can be controlled by, for example, the MBE method so as not to generate an excessive termination element. For example, when the surface density of Si (silicon) and C (carbon) that do not bond to either Si (silicon) or C (carbon) on the first surface is the first surface density, the surface density of Sr. The amount of Sr is controlled so that the surface density of 2 is ½ or less of the first surface density. According to this method, the formation of a thermal oxide film or a thermal oxynitride film can be omitted.
本実施形態の製造方法により、高い動作性能及び高い信頼性を備えたMISFETが実現される。 By the manufacturing method of this embodiment, a MISFET having high operating performance and high reliability is realized.
(第6の実施形態)
本実施形態の半導体装置の製造方法は、終端元素含有膜44がシリケート膜である点、及び、SiC層の熱酸化を行わない点で、第5の実施形態と異なる。本実施形態の半導体装置の製造方法は、第1の実施形態に示した半導体装置の製造方法の一例である。
(Sixth embodiment)
The manufacturing method of the semiconductor device of this embodiment is different from that of the fifth embodiment in that the termination element-containing
図12、図13は、本実施形態の半導体装置の製造方法において、製造途中の半導体装置を示す模式断面図である。 12 and 13 are schematic cross-sectional views showing a semiconductor device being manufactured in the method for manufacturing a semiconductor device of the present embodiment.
まず、シリコン面である表面と、カーボン面である裏面を有するn+型のSiC基板12を準備する。次に、SiC基板12の第1の面上に、エピタキシャル成長法により、n−型のドリフト層(SiC層)14を形成する。
First, an n +
SiC基板12上にn−型のドリフト層(SiC層)14を形成後、公知のフォトリソグラフィー法とイオン注入法により、p型のpウェル領域16、n+型のソース領域18、及び、p+型のpウェルコンタクト領域20を形成する。この工程までは、第5の実施形態と同様である。
After forming an n − type drift layer (SiC layer) 14 on the
次に、ドリフト層14の表面(第1の面)に、Be(ベリリウム)、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、Ba(バリウム)の群から選ばれる少なくとも一つの元素(終端元素)を含む終端元素含有膜(第1の膜)44を形成する(図12)。終端元素を含む膜は、上記終端元素のシリケート膜である。以下、終端元素としてSr(ストロンチウム)を例に説明する。
Next, at least one element selected from the group of Be (beryllium), Mg (magnesium), Ca (calcium), Sr (strontium), and Ba (barium) is formed on the surface (first surface) of the
ドリフト層14表面には、終端元素含有膜44として、Srのシリケート膜(SrSiO膜)が形成される。SrSiO膜は、例えば、公知のスパッタ法により形成される。
A Sr silicate film (SrSiO film) is formed as a termination element-containing
次に、終端元素含有膜44をエッチングにより除去する(図13)。エッチングは、公知のドライエッチング法により行う。
Next, the termination element-containing
終端元素含有膜44をエッチングする際に、終端元素含有膜44のSrは、エネルギー的に安定なドリフト層14の表面に偏析して界面領域40を形成する。より具体的には、Scは、ドリフト層14の表面のSiと結合して、界面に高い濃度で分布する。
When the termination element-containing
終端元素による界面終端構造は、エネルギー的に極めて安定である。したがって、終端元素含有膜44のエッチングにより、Srが自由に動けるようになると、界面終端構造を形成するようにドリフト層14の表面を移動する。そして、Srがダングリングボンドと結合し、界面に偏析した状態が形成される。
The interface termination structure by the termination element is extremely stable in terms of energy. Accordingly, when Sr can move freely by etching of the termination element-containing
次に、第5の実施形態同様、ドリフト層14の表面側の界面領域40上に、ゲート絶縁層(第1の絶縁層)28を形成する。さらに、ゲート絶縁層28上にゲート電極30を形成する。
Next, as in the fifth embodiment, a gate insulating layer (first insulating layer) 28 is formed on the
その後、公知のプロセスにより、層間絶縁膜32、ソース電極34、ドレイン電極36を形成し、図1に示す本実施形態のMISFET100が製造される。
Thereafter, the
本実施形態の製造方法により、高い動作性能及び高い信頼性を備えたMISFETが実現される。 By the manufacturing method of this embodiment, a MISFET having high operating performance and high reliability is realized.
(第7の実施形態)
本実施形態の半導体装置は、トレンチゲート型のMISFETであること以外は、第1の実施形態と同様である。したがって、第1の実施形態と重複する内容については記述を省略する。
(Seventh embodiment)
The semiconductor device of this embodiment is the same as that of the first embodiment except that it is a trench gate type MISFET. Therefore, description of the contents overlapping with those of the first embodiment is omitted.
図14は、本実施形態の半導体装置であるMISFETの構成を示す模式断面図である。このMISFET200は、ゲート絶縁層及びゲート電極がトレンチ内に設けられたトレンチゲート型のMISFETである。
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a MISFET that is a semiconductor device of the present embodiment. The
このMISFET200は、表面と裏面を有するn+型のSiC基板12を備えている。図14においては、表面とは図の上側の面であり、裏面とは図の下側の面である。SiC基板12の表面は、シリコン面に対し0度以上8度以下傾斜した面である。
The
このSiC基板12は、例えば、4H−SiCのSiC基板である。
The
SiC基板12の表面上には、n−型のドリフト層(SiC層)14が形成されている。ドリフト層14は、例えば、SiC基板12上にエピタキシャル成長により形成されたエピタキシャル成長層である。ドリフト層14の表面も、シリコン面に対し0度以上8度以下傾斜した面である。
An n − type drift layer (SiC layer) 14 is formed on the surface of
ドリフト層14の一部表面には、p型のpウェル領域(SiC層)16が形成されている。pウェル領域16は、MISFET200のチャネル領域として機能する。
A p-type p-well region (SiC layer) 16 is formed on a partial surface of the
pウェル領域16の一部表面には、n+型のソース領域18が形成されている。また、pウェル領域16の一部表面であって、ソース領域18の側方に、p+型のpウェルコンタクト領域20が形成されている。
An n +
ドリフト層14の表面からSiC基板12に向かう方向にトレンチ50が設けられる。トレンチ50の内壁面は、例えば、m面又はa面となっている。
トレンチ50内のドリフト層14、pウェル領域16及びソース領域18の表面(第1の面)に連続的に、これらの層及び領域を跨ぐように形成されたゲート絶縁層(絶縁層)28を有している。
A gate insulating layer (insulating layer) 28 formed so as to straddle these layers and regions continuously on the surface (first surface) of the
そして、ゲート絶縁層28上には、ゲート電極30が形成されている。トレンチ50側面のソース領域18とドリフト層14とに挟まれるpウェル領域16がMISFET200のチャネル領域として機能する。
A
ゲート絶縁層28は、ゲート電極30とドリフト層14との間に設けられる。そして、ドリフト層14とゲート絶縁層28との間の界面には、界面領域40が設けられる。界面領域40は、Be(ベリリウム)、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、Ba(バリウム)の群から選ばれる少なくとも一つの元素(終端元素)を含有する。
The
そして、ソース領域18とpウェルコンタクト領域20とに電気的に接続される導電性のソース電極34を備えている。ソース電極34は、pウェル領域16に電位を与えるpウェル電極としても機能する。また、SiC基板12のドリフト層14と反対側、すなわち、第2の面側には、導電性のドレイン電極36が形成されている。
A
本実施形態によれば、界面領域40が存在することにより第1の実施形態と同様の効果を得ることが可能である。さらに、トレンチゲート構造を採用することにより、MISFETの集積度を向上させること、JFET領域を無くしたことにより導電損を低減することが可能となる。
According to the present embodiment, the presence of the
(第8の実施形態)
本実施形態の半導体装置は、MISFETではなく、IGBTであること以外は、第1の実施形態と同様である。したがって、第1の実施形態と重複する内容については記述を省略する。
(Eighth embodiment)
The semiconductor device of this embodiment is the same as that of the first embodiment except that it is not a MISFET but an IGBT. Therefore, description of the contents overlapping with those of the first embodiment is omitted.
図15は、本実施形態の半導体装置であるIGBTの構成を示す模式断面図である。 FIG. 15 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the IGBT that is the semiconductor device of the present embodiment.
このIGBT300は、表面と裏面を有するp+型のSiC基板112を備えている。図15においては、表面とは図の上側の面であり、裏面とは図の下側の面である。SiC基板112の表面は、シリコン面に対し0度以上8度以下傾斜した面である。
The
SiC基板112の表面上には、n−型のドリフト層(SiC層)14が形成されている。ドリフト層14は、例えば、SiC基板112上にエピタキシャル成長により形成されたエピタキシャル成長層である。ドリフト層14の表面(第1の面)も、シリコン面に対し0度以上8度以下傾斜した面である。
An n − type drift layer (SiC layer) 14 is formed on the surface of
ドリフト層14の一部表面には、p型のpウェル領域(SiC層)16が形成されている。pウェル領域16は、IGBT300のチャネル領域として機能する。
A p-type p-well region (SiC layer) 16 is formed on a partial surface of the
pウェル領域16の一部表面には、n+型のエミッタ領域118が形成されている。
また、pウェル領域16の一部表面であって、エミッタ領域118の側方に、p+型のpウェルコンタクト領域20が形成されている。
An n + -
A p + -type p-
ドリフト層14及びpウェル領域16の表面に連続的に、これらの層及び領域を跨ぐように形成されたゲート絶縁層(絶縁層)28を有している。
A gate insulating layer (insulating layer) 28 is formed on the surface of the
そして、ゲート絶縁層28上には、ゲート電極30が形成されている。ゲート電極30上には、例えば、シリコン酸化膜で形成される層間絶縁膜32が形成されている。
A
ゲート電極30下のソース領域18とドリフト層14とに挟まれるpウェル領域16がMISFET100のチャネル領域として機能する。
A p-
ゲート絶縁層28は、ゲート電極30とドリフト層14との間に設けられる。そして、ドリフト層14とゲート絶縁層28との間の界面には、界面領域40が設けられる。界面領域40は、Be(ベリリウム)、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、Ba(バリウム)の群から選ばれる少なくとも一つの元素(終端元素)を含有する。
The
そして、エミッタ領域118とpウェルコンタクト領域20とに電気的に接続される導電性のエミッタ電極134を備えている。エミッタ電極134は、pウェル領域16に電位を与えるpウェル電極としても機能する。
A
また、SiC基板112のドリフト層14と反対側、すなわち、第2の面側には、導電性のコレクタ電極136が形成されている。
In addition, a
本実施形態によれば、界面領域40が存在することにより第1の実施形態と同様の作用及び効果を得ることが可能である。したがって、高い動作性能及び高い信頼性を備えたIGBT300が実現される。
According to the present embodiment, the presence of the
(第9の実施形態)
本実施形態の半導体装置は、MISFETの終端領域に界面領域が設けられる点で第1の実施形態と異なっている。第1の実施形態と重複する内容については記述を省略する。
(Ninth embodiment)
The semiconductor device of this embodiment is different from that of the first embodiment in that an interface region is provided in the termination region of the MISFET. The description overlapping with that of the first embodiment is omitted.
図16は、本実施形態の半導体装置であるMISFETの構成を示す模式断面図である。MISFET400は、素子領域と、素子領域の周囲に設けられる終端領域を備えている。終端領域は、MISFET400の耐圧を向上させる機能を備える。
FIG. 16 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a MISFET that is a semiconductor device of the present embodiment. The
素子領域には、例えば、第1の実施形態のMISFET100がユニットセルとして配置される。
In the element region, for example, the
終端領域は、p型のリサーフ領域(SiC層)60、p+型のコンタクト領域62、p型のガードリング領域(SiC層)64、フィールド酸化膜(絶縁層)33、界面領域40を備える。界面領域40は、p型のリサーフ領域60及びp型のガードリング領域64の表面(第1の面)と、フィールド酸化膜33との間に設けられる。
The termination region includes a p-type RESURF region (SiC layer) 60, a p + -
界面領域40は、Be(ベリリウム)、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、Ba(バリウム)の群から選ばれる少なくとも一つの元素(終端元素)を含有する。
The
フィールド酸化膜33は、例えば、シリコン酸化膜である。フィールド酸化膜33中の終端元素の濃度は、1×1018cm−3以下であることが望ましい。フィールド酸化膜33中の終端元素の濃度は、SIMSにて確認できるが、各終端元素の検出限界以下(およそ1×1017cm−3以下)であることがより好ましい。フィールド酸化膜33中の終端元素の濃度は、例えば、界面領域40における終端元素の濃度のピークから1nm以上離れた位置の濃度とする。
The
MISFET400のオフ時に、リサーフ領域60、ガードリング領域64、及び、ガードリング領域64の間のドリフト層14に空乏層が形成されることで、MISFET400の耐圧が向上する。
When the
しかし、リサーフ領域60及びガードリング領域64と、フィールド酸化膜33との間の界面に界面準位が存在すると、電荷が界面準位にトラップされる。トラップされた電荷の電界により、所望の空乏層が形成されなくなる恐れがある。この場合、MISFET400の耐圧が劣化する。
However, if an interface state exists at the interface between the
本実施形態によれば、界面領域40を設けることで界面準位が終端されている。したがって、所望の空乏層が形成され耐圧の安定したMISFETが実現される。
According to this embodiment, the interface state is terminated by providing the
(第10の実施形態)
本実施形態の半導体装置は、SiCのPINダイオードの終端領域に界面領域が設けられる点で第1の実施形態と異なっている。第1の実施形態と重複する内容については記述を省略する。
(Tenth embodiment)
The semiconductor device of this embodiment is different from that of the first embodiment in that an interface region is provided in the termination region of the SiC PIN diode. The description overlapping with that of the first embodiment is omitted.
図17は、本実施形態の半導体装置であるPINダイオードの構成を示す模式断面図である。 FIG. 17 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a PIN diode that is a semiconductor device of the present embodiment.
PINダイオード500は、n+型のカソード領域70、n−型のドリフト層(SiC層)72、p+型のアノード領域74、p型のガードリング(SiC層)76、界面領域40、保護膜(絶縁層)78、アノード電極80、カソード電極82を備える。
The
界面領域40は、ガードリング76及びドリフト層72と、保護膜78との間に設けられる。
The
界面領域40は、Be(ベリリウム)、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、Ba(バリウム)の群から選ばれる少なくとも一つの元素(終端元素)を含有する。
The
保護膜78は、例えば、シリコン酸化膜である。保護膜78中の終端元素の濃度は、1×1018cm−3以下であることが望ましい。保護膜78中の終端元素の濃度は、SIMSにて確認できるが、各終端元素の検出限界以下(およそ1×1017cm−3以下)であることがより好ましい。保護膜78中の終端元素の濃度は、例えば、界面領域40における終端元素の濃度のピークから1nm以上離れた位置の濃度とする。
The
PINダイオード500のオフ時に、ガードリング76、ドリフト層72に空乏層が形成されることで、PINダイオード500の耐圧が向上する。
When the
しかし、ガードリング76及びドリフト層72と、保護膜78との間の界面に界面準位が存在すると、電荷が界面準位にトラップされる。トラップされた電荷の電界により、所望の空乏層が形成されなくなる恐れがある。この場合、PINダイオード500の耐圧が劣化する。
However, if an interface state exists at the interface between the
本実施形態によれば、界面領域40を設けることで界面準位が終端されている。したがって、所望の空乏層が形成され耐圧の安定したPINダイオードが実現される。
According to this embodiment, the interface state is terminated by providing the
(第11の実施形態)
本実施形態の半導体装置は、SiCのSBD(Schottky Barrier Diode)の終端領域に界面領域が設けられる点で第1の実施形態と異なっている。第1の実施形態と重複する内容については記述を省略する。
(Eleventh embodiment)
The semiconductor device of this embodiment is different from that of the first embodiment in that an interface region is provided in a termination region of a SiC SBD (Schottky Barrier Diode). The description overlapping with that of the first embodiment is omitted.
図18は、本実施形態の半導体装置であるSBDの構成を示す模式断面図である。 FIG. 18 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the SBD that is the semiconductor device of the present embodiment.
SBD600は、n+型のカソード領域70、n−型のドリフト層(SiC層)72、p型のガードリング(SiC層)76、界面領域40、保護膜(絶縁層)78、アノード電極80、カソード電極82を備える。
The
界面領域40は、ガードリング76及びドリフト層72と、保護膜78との間に設けられる。
The
界面領域40は、Be(ベリリウム)、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、Ba(バリウム)の群から選ばれる少なくとも一つの元素(終端元素)を含有する。
The
保護膜78は、例えば、シリコン酸化膜である。保護膜78中の終端元素の濃度は、1×1018cm−3以下であることが望ましい。保護膜78中の終端元素の濃度は、SIMSにて確認できるが、各終端元素の検出限界以下(およそ1×1017cm−3以下)であることがより好ましい。保護膜78中の終端元素の濃度は、例えば、界面領域40における終端元素の濃度のピークから1nm以上離れた位置の濃度とする。
The
SBD600のオフ時に、ガードリング76、ドリフト層72に空乏層が形成されることで、SBD600の耐圧が向上する。
When the
しかし、ガードリング76及びドリフト層72と、保護膜78との間の界面に界面準位が存在すると、電荷が界面準位にトラップされる。トラップされた電荷の電界により、所望の空乏層が形成されなくなる恐れがある。この場合、SBD600の耐圧が劣化する。
However, if an interface state exists at the interface between the
本実施形態によれば、界面領域40を設けることで界面準位が終端されている。したがって、所望の空乏層が形成され耐圧の安定したSBDが実現される。
According to this embodiment, the interface state is terminated by providing the
(第12の実施形態)
本実施形態の半導体装置は、第1の面を備えるSiC層と、金属電極と、SiC層の第1の面と金属電極との間に設けられ、Be(ベリリウム)、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、Ba(バリウム)の群から選ばれる少なくとも一つの元素を含有し、上記元素の濃度のピークの半値全幅が1nm以下であり、第1の面においてSi(シリコン)又はC(炭素)いずれとも結合しないSi(シリコン)及びC(炭素)の面密度を第1の面密度とした場合に、上記元素の面密度である第2の面密度が第1の面密度の1/2以下である領域と、を備える。
(Twelfth embodiment)
The semiconductor device of the present embodiment is provided between the SiC layer having the first surface, the metal electrode, and the first surface of the SiC layer and the metal electrode, and includes Be (beryllium), Mg (magnesium), and Ca. (Calcium), Sr (strontium), Ba (barium) at least one element selected from the group, the full width at half maximum of the concentration peak of the element is 1 nm or less, Si (silicon) in the first surface Alternatively, when the surface density of Si (silicon) and C (carbon) not bonded to any of C (carbon) is the first surface density, the second surface density that is the surface density of the element is the first surface density. And a region that is less than or equal to ½ of.
本実施形態の半導体装置は、アノード電極とドリフト層の間にも界面領域が設けられる点で、第11の実施形態と異なっている。第11の実施形態と重複する内容については記述を省略する。 The semiconductor device of the present embodiment is different from the eleventh embodiment in that an interface region is also provided between the anode electrode and the drift layer. The description overlapping with the eleventh embodiment is omitted.
図19は、本実施形態の半導体装置であるSBDの構成を示す模式断面図である。 FIG. 19 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the SBD that is the semiconductor device of this embodiment.
SBD600は、n+型のカソード領域70、n−型のドリフト層(SiC層)72、p型のガードリング(SiC層)76、界面領域40、保護膜(絶縁層)78、アノード電極(金属電極)80、カソード電極82を備える。
The
界面領域40は、ガードリング76及びドリフト層72と、保護膜78との間に設けられる。また、界面領域40は、ドリフト層72と、アノード電極80との間にも、設けられる。
The
界面領域40は、Be(ベリリウム)、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、Ba(バリウム)の群から選ばれる少なくとも一つの元素(終端元素)を含有する。
The
終端元素は、ドリフト層72とアノード電極80との間の界面に偏析している。終端元素の濃度のピークの半値全幅は1nm以下である。濃度のピークの半値全幅は0.5nm以下であることが望ましく、0.2nm未満であることがより望ましい。
The termination element is segregated at the interface between the
界面領域40は、単原子層(monoatomic layer)であることが望ましい。
The
ドリフト層72の表面(第1の面)においてSi(シリコン)又はC(炭素)いずれとも結合しないSi(シリコン)及びC(炭素)の面密度を第1の面密度と定義する。また、終端元素の面密度を第2の面密度とする。第2の面密度は第1の面密度の1/2以下である。
The surface density of Si (silicon) and C (carbon) that is not bonded to either Si (silicon) or C (carbon) on the surface (first surface) of the
第2の面密度が第1の面密度の1/120以下であることが望ましい。また、第2の面密度が第1の面密度の1/12000以上であることが望ましい。 It is desirable that the second surface density is 1/120 or less of the first surface density. Further, it is desirable that the second surface density is 1/12000 or more of the first surface density.
界面領域40における終端元素の濃度のピークは、5×1018cm−3以上であることが望ましい。また、1×1019cm−3以上であることがより望ましい。
The peak of the concentration of the termination element in the
保護膜78は、例えば、シリコン酸化膜である。
The
ドリフト層72とアノード電極80との間の界面に界面準位が存在すると、フェルミレベルのピン止めが生じる。このため、ドリフト層72とアノード電極80との間に所望のショットキー障壁が実現できない恐れがある。
If an interface state exists at the interface between the
本実施形態によれば、界面領域40を設けることで界面準位が終端されている。したがって、アノード電極80の仕事関数で定まる所望のショットキー障壁を備えるSBDが実現される。
According to this embodiment, the interface state is terminated by providing the
(第13の実施形態)
本実施形態の半導体装置は、第1の面を備えるダイヤモンド層と、絶縁層と、ダイヤモンド層の第1の面と絶縁層との間に設けられ、Be(ベリリウム)、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、Ba(バリウム)の群から選ばれる少なくとも一つの元素を含有し、上記元素の濃度のピークの半値全幅が1nm以下であり、第1の面においてC(炭素)と結合しないC(炭素)の面密度を第1の面密度とした場合に、上記元素の面密度である第2の面密度が第1の面密度の1/2以下である領域と、を備える。
(13th Embodiment)
The semiconductor device of this embodiment is provided between a diamond layer having a first surface, an insulating layer, and the first surface of the diamond layer and the insulating layer, and includes Be (beryllium), Mg (magnesium), and Ca. (Calcium), Sr (strontium), Ba (barium) at least one element selected from the group, the full width at half maximum of the concentration peak of the element is 1 nm or less, C (carbon) in the first surface When the surface density of C (carbon) not bonded to the first surface density is the first surface density, a region where the second surface density, which is the surface density of the element, is ½ or less of the first surface density, Prepare.
SiCにかえて半導体材料としてダイヤモンドを用いること以外は、第11の実施形態と同様である。したがって、第11の実施形態と重複する内容については記述を省略する。 The same as the eleventh embodiment, except that diamond is used as the semiconductor material instead of SiC. Therefore, the description overlapping with the eleventh embodiment is omitted.
図20は、本実施形態の半導体装置であるSBDの構成を示す模式断面図である。 FIG. 20 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the SBD that is the semiconductor device of this embodiment.
SBD800は、n+型のカソード領域90、n−型のドリフト層(ダイヤモンド層)92、p型のガードリング(ダイヤモンド層)96、界面領域40、保護膜(絶縁層)78、アノード電極80、カソード電極82を備える。
The
界面領域40は、p型のガードリング96及びn−型のドリフト層92と、保護膜78との間に設けられる。
The
界面領域40は、Be(ベリリウム)、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、Ba(バリウム)の群から選ばれる少なくとも一つの元素(終端元素)を含有する。
The
上記終端元素は、ドリフト層92と保護膜(絶縁層)78との間の界面に偏析している。終端元素の濃度のピークの半値全幅は1nm以下である。濃度のピークの半値全幅は0.5nm以下であることが望ましく、0.2nm未満であることがより望ましい。
The termination element is segregated at the interface between the
界面領域40は、単原子層(monoatomic layer)であることが望ましい。
The
ドリフト層92の表面(第1の面)においてC(炭素)と結合しないC(炭素)の面密度を第1の面密度と定義する。また、終端元素の面密度を第2の面密度とする。第2の面密度は第1の面密度の1/2以下である。
The surface density of C (carbon) that is not bonded to C (carbon) on the surface (first surface) of the
第2の面密度が第1の面密度の1/120以下であることが望ましい。また、第2の面密度が第1の面密度の1/12000以上であることが望ましい。 It is desirable that the second surface density is 1/120 or less of the first surface density. Further, it is desirable that the second surface density is 1/12000 or more of the first surface density.
界面領域40における終端元素の濃度のピークは、5×1018cm−3以上であることが望ましい。また、1×1019cm−3以上であることがより望ましい。
The peak of the concentration of the termination element in the
保護膜78は、例えば、シリコン酸化膜である。保護膜78中の終端元素の濃度は、1×1018cm−3以下であることが望ましい。保護膜78中の終端元素の濃度は、SIMSにて確認できるが、各終端元素の検出限界以下(およそ1×1017cm−3以下)であることがより好ましい。保護膜78中の終端元素の濃度は、例えば、界面領域40における終端元素の濃度のピークから1nm以上離れた位置の濃度とする。
The
SBD800のオフ時に、ガードリング96、ドリフト層92に空乏層が形成されることで、SBD800の耐圧が向上する。
When the
しかし、ガードリング96及びドリフト層92と、保護膜78との間の界面に界面準位が存在すると、電荷が界面準位にトラップされる。トラップされた電荷の電界により、所望の空乏層が形成されなくなる恐れがある。この場合、SBD800の耐圧が劣化する。
However, if an interface state exists at the interface between the
ダイヤモンド層の表面も、例えば、カーボン面のSiC層と同様、カーボンのダングリングボンドが存在する。終端元素は、C(炭素)と結合することによりダングリングボンドを終端する。 The surface of the diamond layer also has carbon dangling bonds, for example, like the SiC layer on the carbon surface. The termination element terminates the dangling bond by bonding with C (carbon).
本実施形態によれば、界面領域40を設けることで界面準位が終端されている。したがって、所望の空乏層が形成され耐圧の安定したSBDが実現される。
According to this embodiment, the interface state is terminated by providing the
更に、上述のように、終端元素は、SiよりもCと結合することが、より安定であることが判明している。ダイヤモンドを半導体材料とする場合、界面領域40の終端元素は、すべてCと結合する。したがって、極めて安定した界面領域40を備えるSBDが実現される。
Furthermore, as described above, it has been found that the termination element is more stable to bond with C than to Si. When diamond is used as a semiconductor material, all the terminal elements in the
(変形例)
図21は、本実施形態の変形例の半導体装置であるSBDの構成を示す模式断面図である。
(Modification)
FIG. 21 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of an SBD that is a semiconductor device according to a modification of the present embodiment.
変形例のSBDは、p+型のカソード領域190、p−型のドリフト層(ダイヤモンド層)192、n型のガードリング(ダイヤモンド層)196、界面領域40、保護膜(絶縁層)78、アノード電極80、カソード電極82を備える。
The modified SBD includes a p +
界面領域40は、n型のガードリング196及びp−型のドリフト層192と、保護膜78との間に設けられる。
The
界面領域40は、Be(ベリリウム)、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、Ba(バリウム)の群から選ばれる少なくとも一つの元素(終端元素)を含有する。
The
本変形例のSBDは、n型とp型が反転している点で本実施形態のSBDと異なっている。本変形例によれば、界面領域40を設けることで界面準位が終端されている。したがって、所望の空乏層が形成され耐圧の安定したSBDが実現される。
The SBD of this modification is different from the SBD of this embodiment in that the n-type and the p-type are inverted. According to this modification, the interface state is terminated by providing the
(第14の実施形態)
本実施形態の半導体装置は、第1の面を備えるダイヤモンド層と、金属電極と、ダイヤモンド層の第1の面と金属電極との間に設けられ、Be(ベリリウム)、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、Ba(バリウム)の群から選ばれる少なくとも一つの元素を含有し、上記元素の濃度のピークの半値全幅が1nm以下であり、第1の面においてC(炭素)と結合しないC(炭素)の面密度を第1の面密度とした場合に、上記元素の面密度である第2の面密度が第1の面密度の1/2以下である領域と、
を備える。
(Fourteenth embodiment)
The semiconductor device of the present embodiment is provided between a diamond layer having a first surface, a metal electrode, and the first surface of the diamond layer and the metal electrode, and includes Be (beryllium), Mg (magnesium), and Ca. (Calcium), Sr (strontium), Ba (barium) at least one element selected from the group, the full width at half maximum of the concentration peak of the element is 1 nm or less, C (carbon) in the first surface When the surface density of C (carbon) that is not bonded to the first surface density is the first surface density, a second surface density that is the surface density of the element is ½ or less of the first surface density;
Is provided.
本実施形態の半導体装置は、アノード電極とドリフト層の間にも界面領域が設けられる点で、第13の実施形態と異なっている。第13の実施形態と重複する内容については記述を省略する。 The semiconductor device of this embodiment is different from the thirteenth embodiment in that an interface region is also provided between the anode electrode and the drift layer. The description overlapping with the thirteenth embodiment is omitted.
図22は、本実施形態の半導体装置であるSBDの構成を示す模式断面図である。 FIG. 22 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the SBD that is the semiconductor device of the present embodiment.
SBD900は、n+型のカソード領域90、n−型のドリフト層(ダイヤモンド層)92、p型のガードリング(ダイヤモンド層)96、界面領域40、保護膜(絶縁層)78、アノード電極(金属電極)80、カソード電極82を備える。
The
界面領域40は、ガードリング96及びドリフト層92と、保護膜78との間に設けられる。また、界面領域40は、ドリフト層92と、アノード電極80との間にも、設けられる。
The
界面領域40は、Be(ベリリウム)、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、Ba(バリウム)の群から選ばれる少なくとも一つの元素(終端元素)を含有する。
The
終端元素は、ドリフト層92とアノード電極80との間の界面に偏析している。終端元素の濃度のピークの半値全幅は1nm以下である。濃度のピークの半値全幅は0.5nm以下であることが望ましく、0.2nm未満であることがより望ましい。
The termination element is segregated at the interface between the
界面領域40は、単原子層(monoatomic layer)であることが望ましい。
The
ドリフト層72の表面においてSi(シリコン)又はC(炭素)いずれとも結合しないSi(シリコン)及びC(炭素)の面密度を第1の面密度と定義する。また、終端元素の面密度を第2の面密度とする。第2の面密度は第1の面密度の1/2以下である。
The surface density of Si (silicon) and C (carbon) that do not bond to either Si (silicon) or C (carbon) on the surface of the
第2の面密度が第1の面密度の1/120以下であることが望ましい。また、第2の面密度が第1の面密度の1/12000以上であることが望ましい。 It is desirable that the second surface density is 1/120 or less of the first surface density. Further, it is desirable that the second surface density is 1/12000 or more of the first surface density.
界面領域40における終端元素の濃度のピークは、5×1018cm−3以上であることが望ましい。また、1×1019cm−3以上であることがより望ましい。
The peak of the concentration of the termination element in the
保護膜78は、例えば、シリコン酸化膜である。
The
ドリフト層92とアノード電極80との間の界面に界面準位が存在すると、フェルミレベルのピン止めが生じる。このため、ドリフト層92とアノード電極80との間に所望のショットキー障壁が実現できない恐れがある。
If an interface state exists at the interface between the
本実施形態によれば、界面領域40を設けることで界面準位が終端されている。したがって、アノード電極80の仕事関数で定まる所望のショットキー障壁を備えるSBDが実現される。
According to this embodiment, the interface state is terminated by providing the
更に、上述のように、終端元素は、SiよりもCと結合することが、より安定であることが判明している。ダイヤモンドを半導体材料とする場合、界面領域40の終端元素は、すべてCと結合する。したがって、極めて安定した界面領域40を備えるSBDが実現される。
Furthermore, as described above, it has been found that the termination element is more stable to bond with C than to Si. When diamond is used as a semiconductor material, all the terminal elements in the
(変形例)
図23は、本実施形態の変形例の半導体装置であるSBDの構成を示す模式断面図である。
(Modification)
FIG. 23 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of an SBD that is a semiconductor device according to a modification of the present embodiment.
変形例のSBDは、p+型のカソード領域190、p−型のドリフト層(ダイヤモンド層)192、n型のガードリング(ダイヤモンド層)196、界面領域40、保護膜(絶縁層)78、アノード電極80、カソード電極82を備える。
The modified SBD includes a p +
界面領域40は、n型のガードリング196及びp−型のドリフト層192と、保護膜78との間に設けられる。
The
界面領域40は、Be(ベリリウム)、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、Ba(バリウム)の群から選ばれる少なくとも一つの元素(終端元素)を含有する。
The
本変形例のSBDは、n型とp型が反転している点で本実施形態のSBDと異なっている。本変形例によれば、界面領域40を設けることで界面準位が終端されている。したがって、アノード電極80の仕事関数で定まる所望のショットキー障壁を備えるSBDが実現される。
The SBD of this modification is different from the SBD of this embodiment in that the n-type and the p-type are inverted. According to this modification, the interface state is terminated by providing the
(第15の実施形態)
本実施形態の半導体装置は、第1の面を備えるダイヤモンド層と、絶縁層と、ダイヤモンド層の第1の面と絶縁層との間に設けられ、Be(ベリリウム)、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、Ba(バリウム)の群から選ばれる少なくとも一つの元素を含有し、上記元素の濃度のピークの半値全幅が1nm以下であり、第1の面においてC(炭素)と結合しないC(炭素)の面密度を第1の面密度とした場合に、上記元素の面密度である第2の面密度が第1の面密度の1/2以下である領域と、を備える。
(Fifteenth embodiment)
The semiconductor device of this embodiment is provided between a diamond layer having a first surface, an insulating layer, and the first surface of the diamond layer and the insulating layer, and includes Be (beryllium), Mg (magnesium), and Ca. (Calcium), Sr (strontium), Ba (barium) at least one element selected from the group, the full width at half maximum of the concentration peak of the element is 1 nm or less, C (carbon) in the first surface When the surface density of C (carbon) not bonded to the first surface density is the first surface density, a region where the second surface density, which is the surface density of the element, is ½ or less of the first surface density, Prepare.
SiCにかえて半導体材料としてダイヤモンドを用いること、n型とp型反転していること以外は、第10の実施形態と同様である。したがって、第10の実施形態と重複する内容については記述を省略する。 The same as the tenth embodiment, except that diamond is used as the semiconductor material instead of SiC and the n-type and p-type are inverted. Therefore, the description overlapping with the tenth embodiment is omitted.
図24は、本実施形態の半導体装置であるPINダイオードの構成を示す模式断面図である。 FIG. 24 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a PIN diode which is a semiconductor device of the present embodiment.
PINダイオード1000は、p+型のカソード領域170、p−型のドリフト層(SiC層)172、n+型のアノード領域174、n型のガードリング(SiC層)176、界面領域40、保護膜(絶縁層)78、アノード電極80、カソード電極82を備える。
The
界面領域40は、ガードリング76及びドリフト層72と、保護膜78との間に設けられる。
The
界面領域40は、Be(ベリリウム)、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、Ba(バリウム)の群から選ばれる少なくとも一つの元素(終端元素)を含有する。
The
本実施形態によれば、界面領域40を設けることで界面準位が終端されている。したがって、所望の空乏層が形成され耐圧の安定したPINダイオードが実現される。
According to this embodiment, the interface state is terminated by providing the
更に、上述のように、終端元素は、SiよりもCと結合することが、より安定であることが判明している。ダイヤモンドを半導体材料とする場合、界面領域40の終端元素は、すべてCと結合する。したがって、極めて安定した界面領域40を備えるSBDが実現される。
Furthermore, as described above, it has been found that the termination element is more stable to bond with C than to Si. When diamond is used as a semiconductor material, all the terminal elements in the
(第16の実施形態)
本実施形態のインバータ回路及び駆動装置は、第1の実施形態の半導体装置を備える駆動装置である。
(Sixteenth embodiment)
The inverter circuit and the drive device of this embodiment are drive devices provided with the semiconductor device of the first embodiment.
図25は、本実施形態の駆動装置の模式図である。駆動装置1100は、モーター140と、インバータ回路150を備える。
FIG. 25 is a schematic diagram of the drive device of the present embodiment. The
インバータ回路50は、第1の実施形態のMISFET100をスイッチング素子とする3個の半導体モジュール100a、100b、100cで構成される。3個の半導体モジュール100a、100b、100cを並列に接続することで、3個の交流電圧の出力端子U、V、Wを備える三相のインバータ回路150が実現される。インバータ回路150から出力される交流電圧により、モーター140が駆動する。
The
本実施形態によれば、界面準位が低減されたMISFET100を備えることで、インバータ回路150及び駆動装置1100の動作が安定する。
According to the present embodiment, the operation of the
(第17の実施形態)
本実施形態の車両は、第1の実施形態の半導体装置を備える車両である。
(Seventeenth embodiment)
The vehicle according to the present embodiment is a vehicle including the semiconductor device according to the first embodiment.
図26は、本実施形態の車両の模式図である。本実施形態の車両1200は、鉄道車両である。車両1200は、モーター140と、インバータ回路150を備える。
FIG. 26 is a schematic diagram of a vehicle according to the present embodiment. The
インバータ回路50は、第1の実施形態のMISFET100をスイッチング素子とする3個の半導体モジュール100a、100b、100cで構成される。3個の半導体モジュール100a、100b、100cを並列に接続することで、3個の交流電圧の出力端子U、V、Wを備える三相のインバータ回路150が実現される。
The
インバータ回路150から出力される交流電圧により、モーター140が駆動する。モーター140により車両1200の車輪1290が回転する。
The
本実施形態によれば、界面準位が低減されたMISFET100を備えることで、車両1200の動作が安定する。
According to the present embodiment, the operation of the
(第18の実施形態)
本実施形態の車両は、第1の実施形態の半導体装置を備える車両である。
(Eighteenth embodiment)
The vehicle according to the present embodiment is a vehicle including the semiconductor device according to the first embodiment.
図27は、本実施形態の車両の模式図である。本実施形態の車両1300は、自動車である。車両1300は、モーター140と、インバータ回路150を備える。
FIG. 27 is a schematic diagram of a vehicle according to the present embodiment. The
インバータ回路150は、第1の実施形態のMISFET100をスイッチング素子とする3個の半導体モジュール100a、100b、100cで構成される。3個の半導体モジュール100a、100b、100cを並列に接続することで、3個の交流電圧の出力端子U、V、Wを備える三相のインバータ回路150が実現される。
The
インバータ回路150から出力される交流電圧により、モーター140が駆動する。モーター140により車両1000の車輪1290が回転する。
The
本実施形態によれば、高い閾値を有するMISFETを備えることで、車両1300の信頼性が向上する。
According to this embodiment, the reliability of the
(第19の実施形態)
本実施形態の昇降機は、第1の実施形態の半導体装置を備える昇降機である。
(Nineteenth embodiment)
The elevator according to the present embodiment is an elevator including the semiconductor device according to the first embodiment.
図28は、本実施形態の昇降機(エレベータ)の模式図である。本実施形態の昇降機1400は、かご1010、カウンターウエイト1012、ワイヤロープ1014、巻上機1016、モーター140と、インバータ回路150を備える。
FIG. 28 is a schematic diagram of an elevator (elevator) according to the present embodiment. The
インバータ回路150は、第1の実施形態のMISFET100をスイッチング素子とする3個の半導体モジュール100a、100b、100cで構成される。3個の半導体モジュール100a、100b、100cを並列に接続することで、3個の交流電圧の出力端子U、V、Wを備える三相のインバータ回路150が実現される。
The
インバータ回路150から出力される交流電圧により、モーター140が駆動する。モーター140により巻上機1016が回転し、かご1010が昇降する。
The
本実施形態によれば、高い閾値を有するMISFETを備えることで、昇降機1400の信頼性が向上する。
According to this embodiment, the reliability of the
なお、第1乃至第12の実施形態において、n型とp型とを入れ替えた構造のデバイスも同様に特性向上が実現できる。 In the first to twelfth embodiments, the characteristics of the device having a structure in which the n-type and the p-type are interchanged can also be improved.
以上、実施形態では、炭化珪素の結晶構造として4H−SiCの場合を例に説明したが、本発明は6H−SiC、3C−SiC等、その他の結晶構造の炭化珪素に適用することも可能である。 As described above, in the embodiment, the case of 4H—SiC is described as an example of the crystal structure of silicon carbide, but the present invention can also be applied to silicon carbide having other crystal structures such as 6H—SiC, 3C—SiC, and the like. is there.
また、第17乃至第19の実施形態において、本発明の半導体装置を車両やエレベータに適用する場合を例に説明したが、本発明の半導体装置を例えば、太陽光発電システムのパワーコンディショナー等に適用することも可能である。 In the seventeenth to nineteenth embodiments, the case where the semiconductor device of the present invention is applied to a vehicle or an elevator has been described as an example. However, the semiconductor device of the present invention is applied to, for example, a power conditioner of a solar power generation system. It is also possible to do.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。例えば、一実施形態の構成要素を他の実施形態の構成要素と置き換え又は変更してもよい。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. For example, a component in one embodiment may be replaced or changed with a component in another embodiment. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
14 ドリフト層(SiC層)
16 pウェル領域(SiC層)
28 ゲート絶縁層(絶縁層)
30 ゲート電極
33 フィールド酸化膜(絶縁層)
40 界面領域(領域)
60 リサーフ領域(SiC層)
64 ガードリング領域
72 ドリフト層(SiC層)
76 ガードリング(SiC層)
78 保護膜(絶縁層)
80 アノード電極(金属電極)
92 ドリフト層(ダイヤモンド層)
96 ガードリング(ダイヤモンド層)
100 MISFET(半導体装置)
140 モーター
150 インバータ回路
200 MISFET(半導体装置)
300 IGBT(半導体装置)
400 MISFET(半導体装置)
500 PINダイオード(半導体装置)
600 SBD(半導体装置)
700 SBD(半導体装置)
800 SBD(半導体装置)
900 SBD(半導体装置)
1000 PINダイオード(半導体装置)
1100 駆動装置
1200 車両
1300 車両
1400 昇降機
14 Drift layer (SiC layer)
16 p-well region (SiC layer)
28 Gate insulation layer (insulation layer)
30
40 Interface area
60 RESURF region (SiC layer)
64
76 Guard ring (SiC layer)
78 Protective film (insulating layer)
80 Anode electrode (metal electrode)
92 Drift layer (Diamond layer)
96 Guard ring (diamond layer)
100 MISFET (semiconductor device)
140
300 IGBT (semiconductor device)
400 MISFET (semiconductor device)
500 PIN diode (semiconductor device)
600 SBD (semiconductor device)
700 SBD (semiconductor device)
800 SBD (semiconductor device)
900 SBD (semiconductor device)
1000 PIN diode (semiconductor device)
1100
Claims (27)
絶縁層と、
Be(ベリリウム)、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、Ba(バリウム)の群の少なくとも一つの元素を含有し、前記元素の濃度のピークの半値全幅が1nm以下であり、前記第1の面において前記SiC層中のSi(シリコン)又はC(炭素)いずれとも結合しないボンドを有するSi(シリコン)及びC(炭素)の面密度を第1の面密度とした場合に、前記元素の面密度である第2の面密度が前記第1の面密度の1/2以下である、前記SiC層の前記第1の面と前記絶縁層との間の領域と、
を備える半導体装置。 A SiC layer comprising a first surface;
An insulating layer;
Containing at least one element of the group of Be (beryllium), Mg (magnesium), Ca (calcium), Sr (strontium), Ba (barium), the full width at half maximum of the concentration peak of the element being 1 nm or less, When the surface density of Si (silicon) and C (carbon) having a bond that does not bond to either Si (silicon) or C (carbon) in the SiC layer on the first surface is the first surface density, A region between the first surface of the SiC layer and the insulating layer, wherein a second surface density, which is a surface density of the element, is ½ or less of the first surface density;
A semiconductor device comprising:
絶縁層と、
Be(ベリリウム)、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、Ba(バリウム)の群の少なくとも一つの元素を含有し、前記元素の濃度のピークの半値全幅が1nm以下であり、前記第1の面において前記ダイヤモンド層のC(炭素)と結合しないボンドを有するC(炭素)の面密度を第1の面密度とした場合に、前記元素の面密度である第2の面密度が前記第1の面密度の1/2以下である、前記ダイヤモンド層の前記第1の面と前記絶縁層との間の領域と、
を備える半導体装置。 A diamond layer comprising a first surface;
An insulating layer;
Containing at least one element of the group of Be (beryllium), Mg (magnesium), Ca (calcium), Sr (strontium), Ba (barium), the full width at half maximum of the concentration peak of the element being 1 nm or less, When the surface density of C (carbon) having a bond that does not bond to C (carbon) of the diamond layer on the first surface is the first surface density, the second surface density that is the surface density of the element A region between the first surface of the diamond layer and the insulating layer, wherein is a half or less of the first surface density;
A semiconductor device comprising:
金属電極と、
Be(ベリリウム)、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、Ba(バリウム)の群の少なくとも一つの元素を含有し、前記元素の濃度のピークの半値全幅が1nm以下であり、前記第1の面において前記SiC層中のSi(シリコン)又はC(炭素)いずれとも結合しないボンドを有するSi(シリコン)及びC(炭素)の面密度を第1の面密度とした場合に、前記元素の面密度である第2の面密度が前記第1の面密度の1/2以下である、前記SiC層の前記第1の面と前記金属電極との間の領域と、
を備える半導体装置。 A SiC layer comprising a first surface;
A metal electrode;
Containing at least one element of the group of Be (beryllium), Mg (magnesium), Ca (calcium), Sr (strontium), Ba (barium), the full width at half maximum of the concentration peak of the element being 1 nm or less, When the surface density of Si (silicon) and C (carbon) having a bond that does not bond to either Si (silicon) or C (carbon) in the SiC layer on the first surface is the first surface density, A region between the first surface of the SiC layer and the metal electrode, wherein a second surface density, which is a surface density of the element, is ½ or less of the first surface density;
A semiconductor device comprising:
金属電極と、
Be(ベリリウム)、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、Ba(バリウム)の群の少なくとも一つの元素を含有し、前記元素の濃度のピークの半値全幅が1nm以下であり、前記第1の面において前記ダイヤモンド層中のC(炭素)と結合しないボンドを有するC(炭素)の面密度を第1の面密度とした場合に、前記元素の面密度である第2の面密度が前記第1の面密度の1/2以下である、前記ダイヤモンド層の前記第1の面と前記金属電極との間の領域と、
を備える半導体装置。 A diamond layer comprising a first surface;
A metal electrode;
Containing at least one element of the group of Be (beryllium), Mg (magnesium), Ca (calcium), Sr (strontium), Ba (barium), the full width at half maximum of the concentration peak of the element being 1 nm or less, When the surface density of C (carbon) having a bond that does not bond to C (carbon) in the diamond layer on the first surface is the first surface density, the second surface is the surface density of the element. A region between the first surface of the diamond layer and the metal electrode, the density being ½ or less of the first surface density;
A semiconductor device comprising:
絶縁層と、
Be(ベリリウム)、Mg(マグネシウム)、Ca(カルシウム)、Sr(ストロンチウム)、Ba(バリウム)の群の少なくとも一つの元素を含有し、前記元素の濃度のピークの半値全幅が1nm以下で、前記SiC層の前記第1の面と前記絶縁層との間の領域とを備え、
前記元素が2価である半導体装置。 A SiC layer comprising a first surface;
An insulating layer;
Containing at least one element of the group of Be (beryllium), Mg (magnesium), Ca (calcium), Sr (strontium), Ba (barium), the full width at half maximum of the peak of the concentration of the element being 1 nm or less, A region between the first surface of the SiC layer and the insulating layer;
A semiconductor device in which the element is divalent.
前記SiC層の前記第1の面に熱酸化膜を形成し、
前記熱酸化膜を剥離し、
前記SiC層の前記第1の面上に第1の絶縁層を形成する半導体装置の製造方法。 From the first surface of the SiC layer, ions of at least one element of the group of Be (beryllium), Mg (magnesium), Ca (calcium), Sr (strontium), and Ba (barium) are ion-implanted,
Forming a thermal oxide film on the first surface of the SiC layer;
Peeling off the thermal oxide film,
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a first insulating layer is formed on the first surface of the SiC layer.
前記SiC層の前記第1の面に第1の絶縁層を形成する半導体装置の製造方法。 Forming a first film containing at least one element of the group of Be (beryllium), Mg (magnesium), Ca (calcium), Sr (strontium), and Ba (barium) on the first surface of the SiC layer;
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein a first insulating layer is formed on the first surface of the SiC layer.
前記第1の絶縁層を形成する前に、前記熱酸化膜を剥離する請求項25記載の半導体装置の製造方法。 After forming the first film and before forming the first insulating layer, a thermal oxide film is formed on the first surface,
26. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 25, wherein the thermal oxide film is removed before forming the first insulating layer.
前記第1の絶縁層を形成する前に、前記シリケート膜、又は、前記酸化膜を剥離する請求項25記載の半導体装置の製造方法。
The first film is a silicate film of the element or an oxide film of the element;
26. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 25, wherein the silicate film or the oxide film is peeled off before forming the first insulating layer.
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