JP2020181968A - Silicon carbide semiconductor module and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、炭化珪素半導体モジュールおよび炭化珪素半導体モジュールの製造方法に関する。 The present disclosure relates to a silicon carbide semiconductor module and a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor module.
国際公開2017/203623号(特許文献1)には、基板上に複数の炭化珪素スイッチング素子が搭載されたパワーモジュールが記載されている。 International Publication No. 2017/203623 (Patent Document 1) describes a power module in which a plurality of silicon carbide switching elements are mounted on a substrate.
本開示の目的は、炭化珪素半導体モジュール全体としての特性変化の予測可能性を向上することである。 An object of the present disclosure is to improve the predictability of characteristic changes of the silicon carbide semiconductor module as a whole.
本開示に係る炭化珪素半導体モジュールは、回路基板と、複数の炭化珪素半導体チップとを備えている。回路基板は、第1主面を有する。複数の炭化珪素半導体チップは、回路基板に実装され、かつ第1主面に対向する第2主面を有する。複数の炭化珪素半導体チップの各々において、第2主面の中心と第1主面との距離は、第2主面の外周端から中心に向かって第1主面に平行な方向に0.5mm離れた内周部と第1主面との距離よりも小さい。 The silicon carbide semiconductor module according to the present disclosure includes a circuit board and a plurality of silicon carbide semiconductor chips. The circuit board has a first main surface. The plurality of silicon carbide semiconductor chips are mounted on a circuit board and have a second main surface facing the first main surface. In each of the plurality of silicon carbide semiconductor chips, the distance between the center of the second main surface and the first main surface is 0.5 mm in the direction parallel to the first main surface from the outer peripheral edge of the second main surface toward the center. It is smaller than the distance between the separated inner peripheral part and the first main surface.
本開示に係る炭化珪素半導体モジュールの製造方法は、第1主面を有する回路基板と、第2主面を有する複数の炭化珪素半導体チップとを準備する第1ステップと、第2主面が第1主面に対向するように、複数の炭化珪素半導体チップの各々を回路基板に実装する第2ステップとを備えている。第2主面は、第2主面の外周端から第2主面の中心に向かって第1主面に平行な方向に0.5mm離れた第1位置と、中心に対して第1位置と反対側に位置する第2位置とを有している。第1ステップにおいては、第2主面を上に向けた状態で、第2主面の第1位置から第2位置まで第2主面の高さを測定した場合に、第2主面の中心は、第1位置および第2位置を通る直線よりも高い位置にある複数の炭化珪素半導体チップが準備される。 The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor module according to the present disclosure includes a first step of preparing a circuit board having a first main surface and a plurality of silicon carbide semiconductor chips having a second main surface, and the second main surface is a second. It includes a second step of mounting each of the plurality of silicon carbide semiconductor chips on a circuit board so as to face one main surface. The second main surface has a first position separated from the outer peripheral edge of the second main surface by 0.5 mm in a direction parallel to the first main surface toward the center of the second main surface, and a first position with respect to the center. It has a second position located on the opposite side. In the first step, when the height of the second main surface is measured from the first position to the second position of the second main surface with the second main surface facing upward, the center of the second main surface is measured. Is prepared with a plurality of silicon carbide semiconductor chips located at positions higher than a straight line passing through the first position and the second position.
本開示によれば、炭化珪素半導体モジュール全体としての特性変化の予測可能性を向上することができる。 According to the present disclosure, it is possible to improve the predictability of the characteristic change of the silicon carbide semiconductor module as a whole.
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施形態を列挙して説明する。本明細書の結晶学的記載においては、個別方位を[]、集合方位を<>、個別面を()、集合面を{}でそれぞれ示す。結晶学上の指数が負であることは、通常、数字の上に”−”(バー)を付すことによって表現されるが、本明細書では数字の前に負の符号を付すことによって結晶学上の負の指数を表現する。
[Explanation of Embodiments of the present disclosure]
First, the embodiments of the present disclosure will be listed and described. In the crystallographic description of the present specification, the individual orientation is indicated by [], the aggregation orientation is indicated by <>, the individual plane is indicated by (), and the aggregation plane is indicated by {}. Negative crystallographic exponents are usually expressed by adding a "-" (bar) above the number, but here the number is preceded by a negative sign for crystallography. Represent the above negative index.
(1)本開示に係る炭化珪素半導体モジュール400は、回路基板20と、複数の炭化珪素半導体チップ200とを備えている。回路基板20は、第1主面21を有する。複数の炭化珪素半導体チップ200は、回路基板20に実装され、かつ第1主面21に対向する第2主面202を有する。複数の炭化珪素半導体チップ200の各々において、第2主面202の中心82と第1主面21との距離は、第2主面202の外周端204から中心82に向かって第1主面21に平行な方向に0.5mm離れた内周部80と第1主面21との距離よりも小さい。
(1) The silicon
(2)上記(1)に係る炭化珪素半導体モジュール400によれば、複数の炭化珪素半導体チップ200の各々は、第1辺211と、第1辺211よりも短い第2辺212とを有する長方形状であってもよい。内周部80と第1主面21との距離を第1距離D1とし、かつ中心82と第1主面21との距離を第2距離D2とした場合、第1辺211に平行な方向における第1距離D1と第2距離D2との差の絶対値は、第2辺212に平行な方向における第1距離D1と第2距離D2との差の絶対値よりも大きくてもよい。
(2) According to the silicon
(3)上記(1)に係る炭化珪素半導体モジュール400によれば、複数の炭化珪素半導体チップ200の各々は、正方形状であってもよい。
(3) According to the silicon
(4)本開示に係る炭化珪素半導体モジュール400の製造方法は、第1主面21を有する回路基板20と、第2主面202を有する複数の炭化珪素半導体チップ200とを準備する第1ステップと、第2主面202が第1主面21に対向するように、複数の炭化珪素半導体チップ200の各々を回路基板20に実装する第2ステップとを備えている。第2主面202は、第2主面202の外周端204から第2主面202の中心82に向かって第1主面21に平行な方向に0.5mm離れた第1位置81と、中心82に対して第1位置81と反対側に位置する第2位置84とを有している。第1ステップにおいては、第2主面202を上に向けた状態で、第1位置81から第2位置84まで第2主面の高さを測定した場合に、中心82は、第1位置81および第2位置84を通る直線よりも高い位置にある複数の炭化珪素半導体チップ200が準備される。
(4) The method for manufacturing the silicon
(5)上記(4)に係る炭化珪素半導体モジュール400の製造方法によれば、複数の炭化珪素半導体チップ200の各々は、第1辺211と、第1辺211よりも短い第2辺212とを有する長方形状であってもよい。第1ステップにおいては、第2主面202を上に向けた状態で、第1辺211に平行な方向に沿って第2主面202の高さを測定した場合における中心82と直線との距離は、第2辺212に平行な方向に沿って第2主面202の高さを測定した場合における中心82と直線との距離よりも大きい複数の炭化珪素半導体チップ200が準備されてもよい。
(5) According to the method for manufacturing the silicon
(6)上記(4)に係る炭化珪素半導体モジュール400の製造方法によれば、複数の炭化珪素半導体チップ200の各々は、正方形状であってもよい。
[本開示の実施形態の詳細]
以下、本開示の実施形態の詳細について説明する。以下の説明では、同一または対応する要素には同一の符号を付し、それらについて同じ説明は繰り返さない。
(6) According to the method for manufacturing the silicon
[Details of Embodiments of the present disclosure]
The details of the embodiments of the present disclosure will be described below. In the following description, the same or corresponding elements are designated by the same reference numerals, and the same description is not repeated for them.
(第1実施形態)
まず、第1実施形態に係る炭化珪素半導体モジュール400の構成について説明する。図1は、第1実施形態に係る炭化珪素半導体モジュール400の構成を示す平面模式図である。
(First Embodiment)
First, the configuration of the silicon
図1に示されるように、第1実施形態に係る炭化珪素半導体モジュール400は、回路基板20と、複数の炭化珪素半導体チップ200とを有している。複数の炭化珪素半導体チップ200の各々は、回路基板20上に設けられている。平面視において、回路基板20は、たとえば長方形状である。回路基板20の長手方向および短手方向の各々の方向に沿って、複数の炭化珪素半導体チップ200が配置されている。炭化珪素半導体チップ200の数は、特に限定されないが、たとえば8個である。図1に示されるように、回路基板20の長手方向に沿って4個の炭化珪素半導体チップ200が配置され、かつ回路基板20の短手方向に沿って2個の炭化珪素半導体チップ200が配置されていてもよい。
As shown in FIG. 1, the silicon
図2は、図1のII−II線に沿った断面模式図である。図1に示されるように、II−II線は、一対の第2辺212を2等分する線である。図2に示されるように、回路基板20は、基材24と、回路パターン23とを有している。回路パターン23は、基材24上に設けられている。基材24は、たとえば絶縁性材料により構成されている。回路パターン23は、たとえば導電性材料により構成されている。回路基板20は、第1主面21と、第3主面22とを有している。第3主面22は、第1主面21と反対側の面である。第1主面21は、回路パターン23により構成されている。第3主面22は、基材24により構成されている。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along the line II-II of FIG. As shown in FIG. 1, the II-II line is a line that bisects a pair of
図2に示されるように、複数の炭化珪素半導体チップ200の各々は、第2主面202と、第4主面201と、外周面203とを有している。第4主面201は、表面である。第2主面202は、裏面である。第4主面201は、第2主面202の反対側にある。外周面203は、第2主面202および第4主面201の各々に連なっている。図1に示されるように、第1主面21に対して垂直な方向から見て、複数の炭化珪素半導体チップ200の各々は、たとえば長方形状である。なお、炭化珪素半導体チップ200が長方形状であるとは、炭化珪素半導体チップ200の第4主面201が水平面に接するように炭化珪素半導体チップ200を水平面上に配置して炭化珪素半導体チップ200を水平面に対して垂直な方向から見た際、炭化珪素半導体チップ200の外形が長方形に沿っていることである。
As shown in FIG. 2, each of the plurality of silicon
図1に示されるように、複数の炭化珪素半導体チップ200の各々は、第1辺211と、第2辺212とを有する。第2辺212は、第1辺211よりも短い。第1辺211は、長辺である。第2辺212は、短辺である。図1に示されるように、一対の第2辺212を2等分する線を第1直線C1とし、一対の第1辺211を2等分する線を第2直線C2とする。第3直線C3は、第1直線C1および第2直線C2の各々に垂直な直線である。第3直線C3は、たとえば第1主面21に対して垂直である。
As shown in FIG. 1, each of the plurality of silicon
図2に示されるように、複数の炭化珪素半導体チップ200の各々は、回路基板20に実装されている。複数の炭化珪素半導体チップ200の各々が回路基板20に実装された際、第2主面202は、第1主面21に対向する。第2主面202は、中心82と、外周端204と、内周部80とを含んでいる。中心82は、第2主面202と第3直線C3とが交差する点である。内周部80は、環状であり、外周端204に取り囲まれている。内周部80は、第2主面202の外周端204から中心82に向かって第1主面21に平行な方向に0.5mm離れた位置にある。別の観点から言えば、内周部80は、第3直線C3に対して垂直な方向において、外周面203から中心82に向かって第1幅W離れた位置である。第1幅Wは、0.5mmである。
As shown in FIG. 2, each of the plurality of silicon
図2に示されるように、中心82と第1主面21との距離を第2距離D2とし、内周部80と第1主面21との距離を第1距離D1とする。複数の炭化珪素半導体チップ200の各々において、第2距離D2は、第1距離D1よりも小さい。なお、第2距離D2(つまり中心82と第1主面21との距離)は、第1距離D1(つまり内周部80と第1主面21との距離)よりも小さいとは、内周部80の全周囲において、第2距離D2が第1距離D1よりも小さいことを意味する。第1距離D1および第2距離D2の各々は、第1主面21に対して垂直な方向の距離である。第1距離D1は、たとえば0.01mm以上であってもよいし、0.02mm以上であってもよい。第1距離D1は、たとえば0.05mm以下であってもよいし、0.03mm以下であってもよい。第2距離D2は、たとえば0.01mm以上であってもよいし、0.02mm以上であってもよい。第2距離D2は、たとえば0.05mm以下であってもよいし、0.03mm以下であってもよい。第1距離D1と第2距離D2との差の絶対値は、たとえば0.0001mm以上0.002mm以下であってもよい。
As shown in FIG. 2, the distance between the
図3は、図1のIII−III線に沿った断面模式図である。図1に示されるように、III−III線は、一対の第1辺211を2等分する線である。図3に示されるように、内周部80と第1主面21との距離を第3距離D3とする。第3距離D3は、第1主面21に対して垂直な方向の距離である。第3距離D3は、たとえば0.01mm以上であってもよいし、0.02mm以上であってもよい。第3距離D3は、たとえば0.05mm以下であってもよいし、0.03mm以下であってもよい。複数の炭化珪素半導体チップ200の各々において、第2距離D2は、第3距離D3よりも小さい。第3距離D3は、第1距離D1(図2参照)よりも小さくてもよい。別の観点から言えば、第1辺211に平行な方向における第1距離D1と第2距離D2との差の絶対値は、第2辺212に平行な方向における第3距離D3と第2距離D2との差の絶対値よりも大きくてもよい。第3距離D3と第2距離D2との差の絶対値は、たとえば0.0001mm以上0.0015mm以下であってもよい。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view taken along the line III-III of FIG. As shown in FIG. 1, the line III-III is a line that bisects a pair of
図2および図3に示されるように、炭化珪素半導体モジュール400は、接合部材50を有している。接合部材50を用いて炭化珪素半導体チップ200が回路基板20に実装されている。接合部材50は、炭化珪素半導体チップ200と回路基板20との間に位置している。接合部材50は、たとえば半田である。接合部材50は、導電性材料であればよく、半田に限定されない。接合部材50は、たとえば銀ペースト等であってもよい。図2および図3に示されるように、接合部材50は、第1主面21において回路パターン23と電気的に接続されている。接合部材50は、第2主面202において炭化珪素半導体チップ200と電気的に接続されている。接合部材50を介して、炭化珪素半導体チップ200が回路パターン23と電気的に接続されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the silicon
(第2実施形態)
次に、第2実施形態に係る炭化珪素半導体モジュール400の構成について説明する。第2実施形態に係る炭化珪素半導体モジュール400は、主に炭化珪素半導体チップ200が正方形状である構成において、第1実施形態に係る炭化珪素半導体モジュール400と異なっており、その他の構成については、第1実施形態に係る炭化珪素半導体モジュール400と同様である。以下、第1実施形態に係る炭化珪素半導体モジュール400と異なる構成を中心に説明する。
(Second Embodiment)
Next, the configuration of the silicon
図4は、第2実施形態に係る炭化珪素半導体モジュール400の構成を示す平面模式図である。図4に示されるように、第2実施形態に係る炭化珪素半導体モジュール400が有する複数の炭化珪素半導体チップ200の各々は、正方形状である。なお、炭化珪素半導体チップ200が正方形状であるとは、炭化珪素半導体チップ200の第4主面201が水平面に接するように炭化珪素半導体チップ200を水平面上に配置して炭化珪素半導体チップ200を水平面に対して垂直な方向から見た際、炭化珪素半導体チップ200の外形が正方形に沿っていることである。
FIG. 4 is a schematic plan view showing the configuration of the silicon
炭化珪素半導体チップ200の数は、特に限定されないが、たとえば12個である。平面視において、回路基板20は、たとえば長方形状である。回路基板20の長手方向および短手方向の各々の方向に沿って、複数の炭化珪素半導体チップ200が配置されている。図4に示されるように、回路基板20の長手方向に沿って4個の炭化珪素半導体チップ200が配置され、かつ回路基板20の短手方向に沿って3個の炭化珪素半導体チップ200が配置されていてもよい。
The number of silicon
図4に示されるように、複数の炭化珪素半導体チップ200の各々は、第1辺211と、第2辺212とを有する。第2辺212の長さは、第1辺211の長さと同じである。図4に示されるように、一対の第2辺212を2等分する線を第1直線C1とし、一対の第1辺211を2等分する線を第2直線C2とする。第3直線C3は、第1直線C1および第2直線C2の各々に垂直な直線である。第3直線C3は、たとえば第1主面21に対して垂直である。
As shown in FIG. 4, each of the plurality of silicon
図5は、図4のV−V線に沿った断面模式図である。図4に示されるように、V−V線は、一対の第2辺212を2等分する線である。図5に示されるように、複数の炭化珪素半導体チップ200の各々は、回路基板20に実装されている。複数の炭化珪素半導体チップ200の各々が回路基板20に実装された際、第2主面202は、第1主面21に対向する。第2主面202は、中心82と、内周部80とを含んでいる。中心82は、第2主面202と第3直線C3とが交差する点である。内周部80は、第2主面202の外周端204から中心82に向かって第1主面21に平行な方向に0.5mm離れた位置にある。別の観点から言えば、内周部80は、第3直線C3に対して垂直な方向において、外周面203から中心82に向かって第1幅W離れた位置である。第1幅Wは、0.5mmである。
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view taken along the line VV of FIG. As shown in FIG. 4, the VV line is a line that bisects a pair of
図5に示されるように、中心82と第1主面21との距離を第2距離D2とし、内周部80と第1主面21との距離を第1距離D1とする。複数の炭化珪素半導体チップ200の各々において、第2距離D2は、第1距離D1よりも小さい。具体的には、炭化珪素半導体チップ200の全周囲において、第2距離D2は、第1距離D1よりも小さい。
As shown in FIG. 5, the distance between the
図6は、図4のVI−VI線に沿った断面模式図である。図4に示されるように、VI−VI線は、一対の第1辺211を2等分する線である。図6に示されるように、内周部80と第1主面21との距離を第3距離D3とする。複数の炭化珪素半導体チップ200の各々において、第3距離D3は、第2距離D2よりも大きい。第3距離D3は、第1距離D1と同じであってもよいし、異なっていてもよい。別の観点から言えば、第1辺211に平行な方向における第1距離D1と第2距離D2との差の絶対値は、第2辺212に平行な方向における第3距離D3と第2距離D2との差の絶対値と同じであってもよいし、異なっていてもよい。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view taken along the VI-VI line of FIG. As shown in FIG. 4, the VI-VI line is a line that bisects a pair of
(第3実施形態)
次に、第3実施形態に係る炭化珪素半導体モジュール400の構成について説明する。第3実施形態に係る炭化珪素半導体モジュール400は、第1実施形態に係る炭化珪素半導体モジュール400が有する炭化珪素半導体チップ200と、第2実施形態に係る炭化珪素半導体モジュール400が有する炭化珪素半導体チップ200とが、単一の回路基板20上に実装されたものである。以下、第1実施形態に係る炭化珪素半導体モジュール400および第2実施形態に係る炭化珪素半導体モジュール400の各々と異なる構成を中心に説明する。
(Third Embodiment)
Next, the configuration of the silicon
図7は、第3実施形態に係る炭化珪素半導体モジュール400の構成を示す平面模式図である。図7に示されるように、第3実施形態に係る炭化珪素半導体モジュール400は、複数の第1炭化珪素半導体チップ210と、複数の第2炭化珪素半導体チップ220とを有していてもよい。複数の第1炭化珪素半導体チップ210と、複数の第2炭化珪素半導体チップ220とは、単一の回路基板20上に実装されている。
FIG. 7 is a schematic plan view showing the configuration of the silicon
平面視(第1主面21に対して垂直な方向から見た視野)において、回路基板20は、たとえば長方形状である。回路基板20は、第1基板領域25と、第2基板領域26とを有している。第2基板領域26は、第1基板領域25に連なっている。第1基板領域25は、回路基板20の長手方向の一方側にある。第2基板領域26は、回路基板20の長手方向の他方側にある。複数の第1炭化珪素半導体チップ210は、第1基板領域25に実装されている。複数の第2炭化珪素半導体チップ220は、第2基板領域26に実装されている。
In a plan view (a field of view viewed from a direction perpendicular to the first main surface 21), the
第1炭化珪素半導体チップ210は、トランジスタなどの炭化珪素半導体素子を含む。具体的には、トランジスタは、たとえばMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)またはIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などである。第2炭化珪素半導体チップ220は、ダイオードなどの炭化珪素半導体素子を含む。具体的には、ダイオードは、たとえばショットキーバリアダイオードまたはPiNダイオードなどである。第1炭化珪素半導体チップ210が含む炭化珪素半導体素子は、第2炭化珪素半導体チップ220が含む炭化珪素半導体素子と異なった機能を有する。
The first silicon
第1炭化珪素半導体チップ210の数は、特に限定されないが、たとえば8個である。図7に示されるように、回路基板20の長手方向に沿って4個の第1炭化珪素半導体チップ210が配置され、かつ回路基板20の短手方向に沿って2個の第1炭化珪素半導体チップ210が配置されていてもよい。第2炭化珪素半導体チップ220の数は、特に限定されないが、たとえば12個である。図7に示されるように、回路基板20の長手方向に沿って4個の第2炭化珪素半導体チップ220が配置され、かつ回路基板20の短手方向に沿って3個の第2炭化珪素半導体チップ220が配置されていてもよい。
The number of the first silicon
次に、炭化珪素半導体チップ200が含む炭化珪素半導体素子の構成について説明する。図8は、炭化珪素半導体素子の構成を示す断面模式図である。
Next, the configuration of the silicon carbide semiconductor element included in the silicon
図8に示されるように、炭化珪素半導体素子150は、たとえばMOSFETである。MOSFET150は、炭化珪素エピタキシャル基板100と、ゲート電極64と、ゲート絶縁膜71と、分離絶縁膜72(層間絶縁膜)と、ソース電極60と、ドレイン電極63とを主に有している。炭化珪素エピタキシャル基板100は、第5主面1と、第5主面1と反対側の第6主面2とを有している。炭化珪素エピタキシャル基板100は、炭化珪素単結晶基板4と、炭化珪素単結晶基板4上に設けられた炭化珪素エピタキシャル層3とを含んでいる。炭化珪素単結晶基板4は、第6主面2を構成している。炭化珪素エピタキシャル層3は、第5主面1を構成している。
As shown in FIG. 8, the silicon
第5主面1は、たとえば{0001}面または{0001}面に対して8°以下オフした面である。具体的には、第5主面1は、たとえば(000−1)面または(000−1)面に対して8°以下オフした面である。第5主面1は、たとえば(0001)面または(0001)面に対して8°以下オフした面であってもよい。炭化珪素単結晶基板4は、たとえばポリタイプ4Hの六方晶炭化珪素から構成されている。炭化珪素単結晶基板4の厚みは、たとえば350μm以上500μm以下である。
The fifth
炭化珪素エピタキシャル層3は、ドリフト領域10と、ボディ領域30と、ソース領域40と、コンタクト領域8とを主に有している。ドリフト領域10は、炭化珪素単結晶基板4上に設けられている。ドリフト領域10は、たとえば窒素(N)などのn型不純物を含み、n型の導電型(第1導電型)を有している。ドリフト領域10のn型不純物の濃度は、炭化珪素単結晶基板4のn型不純物の濃度よりも低くてもよい。
The silicon
ボディ領域30はドリフト領域10上に設けられている。ボディ領域30は、たとえばアルミニウム(Al)などのp型不純物を含み、n型とは異なるp型の導電型(第2導電型)を有する。ボディ領域30のp型不純物の濃度は、ドリフト領域10のn型不純物の濃度よりも高くてもよい。ボディ領域30は、第5主面1および第6主面2の各々から離間している。
The
ソース領域40は、ボディ領域30によってドリフト領域10から隔てられるようにボディ領域30上に設けられている。ソース領域40は、たとえば窒素またはリン(P)などのn型不純物を含んでおり、n型の導電型を有する。ソース領域40は、第5主面1の一部を構成している。ソース領域40のn型不純物の濃度は、ボディ領域30のp型不純物の濃度よりも高くてもよい。ソース領域40のn型不純物の濃度は、たとえば1×1019cm-3程度である。
The
コンタクト領域8は、たとえばアルミニウムなどのp型不純物を含んでおり、p型の導電型を有する。コンタクト領域8のp型不純物の濃度は、ボディ領域30のp型不純物の濃度よりも高くてもよい。コンタクト領域8は、ソース領域40を貫通し、ボディ領域30に接していてもよい。コンタクト領域8は、第5主面1の一部を構成する。コンタクト領域8のp型不純物の濃度は、たとえば1×1018cm-3以上1×1020cm-3以下である。
The
図8に示されるように、第5主面1には、ゲートトレンチ7が設けられている。ゲートトレンチ7は、側面5と、底面6とを有している。底面6は、側面5に連なっている。側面5は、第5主面1に連なっている。側面5は、ドリフト領域10と、ボディ領域30と、ソース領域40とにより構成されている。底面6は、ドリフト領域により構成されている。
As shown in FIG. 8, a
ゲート絶縁膜71は、たとえば二酸化珪素(SiO2)を含んでいる。ゲート絶縁膜71は、側面5および底面6の各々に接している。ゲート絶縁膜71は、側面5において、ドリフト領域10、ボディ領域30およびソース領域40の各々に接している。ゲート絶縁膜71は、底面6において、ドリフト領域10に接している。ゲート絶縁膜71に接するボディ領域30には、チャネルが形成可能に構成されている。ゲート絶縁膜71の厚みは、たとえば40nm以上150nm以下である。
The
ゲート電極64は、ゲート絶縁膜71上に設けられている。ゲート電極64は、ゲート絶縁膜71に接して配置されている。ゲート電極64は、ゲート絶縁膜71により形成される溝を埋めるように設けられている。ゲート電極64は、たとえば不純物がドーピングされたポリシリコンなどの導電体から構成されている。
The
分離絶縁膜72は、ゲート電極64上に設けられている。分離絶縁膜72は、ソース電極60とゲート電極64とを電気的に分離している。分離絶縁膜72は、ソース電極60とゲート電極64との間に配置されている。分離絶縁膜72は、ゲート電極64を覆うように設けられている。分離絶縁膜72は、ゲート電極64およびゲート絶縁膜71の各々に接している。分離絶縁膜72は、たとえば窒化珪素(SiN)または酸窒化珪素(SiON)を含んでいる。
The
ソース電極60は、第5主面1上に設けられている。ソース電極60は、第5主面1において、ソース領域40と接している。ソース電極60は、第5主面1において、コンタクト領域8と接していてもよい。ソース電極60は、分離絶縁膜72上に設けられている。
The
ソース電極60は、電極膜61と、金属膜62とを有している。金属膜62は、電極膜61上に設けられている。電極膜61は、たとえばニッケルシリサイド(NiSi)またはチタンアルミニウムシリサイド(TiAlSi)を含む。電極膜61は、第5主面1において、ソース領域40に接している。電極膜61は、第5主面1において、コンタクト領域8に接していてもよい。金属膜62は、ソース配線である。金属膜62は、たとえばアルミニウム(Al)を含む。
The
ドレイン電極63は、第6主面2上に設けられている。ドレイン電極63は、第6主面2において、炭化珪素単結晶基板4に接している。ドレイン電極63は、第6主面2側において、ドリフト領域10と電気的に接続されている。ドレイン電極63は、たとえばNiSi(ニッケルシリサイド)など、n型の炭化珪素単結晶基板4とオーミック接合可能な材料から構成されている。ドレイン電極63は、炭化珪素単結晶基板4と電気的に接続されている。
The
次に、本実施形態に係るMOSFET150の動作について説明する。ゲート電極64に印加された電圧が閾値電圧未満の状態、すなわちオフ状態では、ソース電極60とドレイン電極63との間に電圧が印加されても、ボディ領域30とドリフト領域10との間のpn接合が逆バイアスとなり、非導通状態となる。一方、ゲート電極64に閾値電圧以上の電圧が印加されると、ボディ領域30のゲート絶縁膜71と接触する付近であるチャネル領域において反転層が形成される。その結果、ボディ領域30とドリフト領域10とが電気的に接続され、ソース電極60とドレイン電極63との間に電流が流れる。以上のようにして、MOSFET150は動作する。
Next, the operation of the
次に、炭化珪素半導体モジュール400の製造方法について説明する。
図9に示されるように、炭化珪素半導体モジュール400の製造方法は、準備工程S1と、実装工程S2とを主に有している。まず、準備工程S1においては、炭化珪素エピタキシャル基板を準備する工程が実施される。たとえば昇華法によって製造された炭化珪素インゴット(図示せず)がスライスされることにより、炭化珪素単結晶基板4が準備される。炭化珪素単結晶基板4の最大径は、たとえば100mm以上であり、好ましくは150mm以上である。
Next, a method for manufacturing the silicon
As shown in FIG. 9, the method for manufacturing the silicon
次に、炭化珪素エピタキシャル層3を形成する工程が実施される。たとえば原料ガスとしてシラン(SiH4)とプロパン(C3H8)との混合ガスを用い、キャリアガスとしてたとえば水素(H2)を用いたCVD(Chemical Vapor Deposition)法により、炭化珪素単結晶基板4上に炭化珪素エピタキシャル層3がエピタキシャル成長により形成される。エピタキシャル成長の際、たとえば窒素などのn型不純物が炭化珪素エピタキシャル層3に導入される。以上のように、炭化珪素エピタキシャル基板100が形成される。
Next, a step of forming the silicon
図10および図11に示されるように、炭化珪素エピタキシャル基板100は、炭化珪素単結晶基板4と、炭化珪素エピタキシャル層3とを有している。炭化珪素エピタキシャル層3は、第5主面1を構成している。炭化珪素エピタキシャル層3は、第6主面2を構成している。第5主面1は、第1方向101および第2方向102の各々の方向に沿って2次元的に広がっている。第5主面1に対して垂直な方向から見て、炭化珪素エピタキシャル基板100の外縁部13は、第5主面1を取り囲んでいる。外縁部13は、たとえばオリエンテーションフラット11と、円弧状部12とを有している。オリエンテーションフラット11は、第1方向101に沿って延在している。円弧状部12は、オリエンテーションフラット11に連なっている。
As shown in FIGS. 10 and 11, the silicon
第2方向102は、たとえば<1−100>方向である。第2方向は、たとえば[1−100]方向であってもよい。第1方向101は、第5主面1に対して平行であり、かつ第2方向102に対して垂直な方向である。第1方向101は、たとえば<11−20>方向成分を含む方向である。別の観点から言えば、第1方向は、<11−20>方向を第5主面1に平行な平面に投影した方向である。第1方向101は、たとえば[11−20]方向成分を含む方向であってもよい。
The
第5主面1は、{0001}面または{0001}面に対して8°以下の角度で傾斜した面である。具体的には、第5主面1は、たとえば(000−1)面または(000−1)面に対して8°以下の角度で傾斜した面である。第5主面1が{0001}面に対して傾斜している場合、傾斜方向(オフ方向)は、たとえば<11−20>方向である。{0001}面に対する傾斜角(オフ角)は、1°以上であってもよいし、2°以上であってもよい。オフ角は、7°以下であってもよいし、6°以下であってもよいし、4°以下であってもよい。第5主面1は、(0001)面または(0001)面に対して8°以下の角度で傾斜した面であってもよい。
The fifth
次に、イオン注入工程が実施される。たとえばアルミニウムなどのp型不純物が炭化珪素エピタキシャル層3に対してイオン注入される。これにより、ボディ領域30が形成される。次に、たとえばリンなどのn型不純物がボディ領域30に対してイオン注入される。これにより、ソース領域40が形成される。次に、コンタクト領域8が形成される領域上に開口部を有するマスク層(図示せず)が形成される。次に、たとえばアルミニウムなどのp型不純物がソース領域40に注入される。これによりソース領域40およびボディ領域30の各々と接するコンタクト領域8が形成される(図12参照)。
Next, an ion implantation step is performed. For example, p-type impurities such as aluminum are ion-implanted into the silicon
次に、炭化珪素エピタキシャル基板100に注入された不純物イオンを活性化するために活性化アニールが実施される。活性化アニールの温度は、好ましくは1500℃以上1900℃以下であり、たとえば1700℃程度である。活性化アニールの時間は、たとえば30分程度である。活性化アニールの雰囲気は、好ましくは不活性ガス雰囲気であり、たとえばAr雰囲気である。ソース領域40およびコンタクト領域8は、第5主面1を構成している。
Next, activation annealing is performed to activate the impurity ions injected into the silicon
次に、ゲートトレンチ7を形成する工程が実施される。まず、マスク層31が第5主面1上に形成された状態で、炭化珪素エピタキシャル基板100がエッチングされる。具体的には、たとえばソース領域40の一部と、ボディ領域30の一部とがエッチングにより除去される。エッチングの方法としては、たとえば反応性イオンエッチング、特に誘導結合プラズマ反応性イオンエッチングを用いることができる。たとえば反応ガスとして六フッ化硫黄(SF6)またはSF6と酸素(O2)との混合ガスを用いた誘導結合プラズマ反応性イオンエッチングを用いることができる。エッチングにより、ゲートトレンチ7が形成されるべき領域に、第5主面1に対してほぼ垂直な側部と、側部と連続的に設けられ、かつ第5主面1とほぼ平行な底とを有する凹部が形成される。
Next, a step of forming the
次に、凹部において熱エッチングが行われる。熱エッチングは、第5主面1上にマスク層31が形成された状態で、少なくとも1種類以上のハロゲン原子を有する反応性ガスを含む雰囲気中での加熱によって行い得る。少なくとも1種類以上のハロゲン原子は、塩素(Cl)原子およびフッ素(F)原子の少なくともいずれかを含む。当該雰囲気は、たとえば、塩素(Cl2)、三塩化ホウ素(BCl3)、SF6または四フッ化炭素(CF4)を含む。たとえば、塩素ガスと酸素ガスとの混合ガスを反応ガスとして用い、熱処理温度を、たとえば800℃以上900℃以下として、熱エッチングが行われる。なお、反応ガスは、上述した塩素ガスと酸素ガスとに加えて、キャリアガスを含んでいてもよい。キャリアガスとしては、たとえば窒素ガス、アルゴンガスまたはヘリウムガスなどを用いることができる。熱エッチングにより、第5主面1にゲートトレンチ7が形成される(図13参照)。
Next, thermal etching is performed in the recess. Thermal etching can be performed by heating in an atmosphere containing a reactive gas having at least one kind of halogen atom with the
側面5は、ソース領域40およびボディ領域30を貫通してドリフト領域10に至っている。別の観点から言えば、側面5は、ソース領域40と、ボディ領域30と、ドリフト領域10とによって構成されている。底面6は、ドリフト領域10に位置している。別の観点から言えば、底面6は、ドリフト領域10によって構成されている。底面6は、たとえば第6主面2と平行な平面である。図13に示されるように、ゲートトレンチ7の長手方向に対して垂直な断面において、ゲートトレンチ7の幅は、底面6から第5主面1に向かうにつれて拡がっている。
The
次に、ゲート絶縁膜71を形成する工程が実施される。たとえば炭化珪素エピタキシャル基板100を熱酸化することにより、ソース領域40と、ボディ領域30と、ドリフト領域10と、コンタクト領域8と、第5主面1とに接するゲート絶縁膜71が形成される。具体的には、炭化珪素エピタキシャル基板100が、酸素を含む雰囲気中において、たとえば1300℃以上1400℃以下の温度で加熱される。これにより、ゲートトレンチ7に接するゲート絶縁膜71が形成される。
Next, a step of forming the
次に、一酸化窒素(NO)ガス雰囲気中において炭化珪素エピタキシャル基板100に対して熱処理(NOアニール)が行われてもよい。NOアニールにおいて、炭化珪素エピタキシャル基板100が、たとえば1100℃以上1400℃以下の条件下で1時間程度保持される。これにより、ゲート絶縁膜71とボディ領域30との界面領域に窒素原子が導入される。その結果、界面領域における界面準位の形成が抑制されることで、チャネル移動度を向上させることができる。
Next, heat treatment (NO annealing) may be performed on the silicon
NOアニール後、雰囲気ガスとしてアルゴン(Ar)を用いるArアニールが行われてもよい。Arアニールの加熱温度は、たとえば上記NOアニールの加熱温度以上である。Arアニールの時間は、たとえば1時間程度である。これにより、ゲート絶縁膜71とボディ領域30との界面領域における界面準位の形成がさらに抑制される。なお、雰囲気ガスとして、Arガスに代えて窒素ガスなどの他の不活性ガスが用いられてもよい。
After NO annealing, Ar annealing using argon (Ar) as an atmospheric gas may be performed. The heating temperature of Ar annealing is, for example, higher than the heating temperature of NO annealing. The Ar annealing time is, for example, about 1 hour. As a result, the formation of an interface state in the interface region between the
次に、ゲート電極64を形成する工程が実施される。ゲート電極64は、ゲート絶縁膜71上に形成される。ゲート電極64は、たとえばLP−CVD(Low Pressure Chemical Vapor Deposition)法により形成される。ゲート電極64は、ゲート絶縁膜71により形成された溝を埋めるように形成される。ゲート電極64は、ソース領域40と、ボディ領域30と、ドリフト領域10との各々に対面するように形成される(図14参照)。
Next, a step of forming the
次に、分離絶縁膜72を形成する工程が実施される。具体的には、ゲートトレンチ7内において、ゲート電極64を覆うように分離絶縁膜72が形成される。分離絶縁膜72は、たとえば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成される。分離絶縁膜72は、常圧CVD法により形成されてもよいし、プラズマCVD法により形成されてもよいし、低圧CVD法により形成されてもよい。分離絶縁膜72は、たとえば二酸化珪素を含む材料である。分離絶縁膜72は、ゲート電極64およびゲート絶縁膜71の各々に接している。
Next, a step of forming the
次に、ソース電極60を形成する工程が実施される。たとえばゲート絶縁膜71および分離絶縁膜72の各々の一部がドライエッチングにより除去される。これにより、第5主面1の一部が、ゲート絶縁膜71から露出する。第5主面1においてソース領域40およびコンタクト領域8の各々に接する電極膜61が形成される。電極膜61は、たとえばスパッタリング法により形成される。電極膜61は、たとえばTi、AlおよびSiを含む材料から構成される。
Next, a step of forming the
次に、電極膜61が、たとえば900℃以上1100℃以下の温度で5分程度保持される。これにより、電極膜61の少なくとも一部が、炭化珪素エピタキシャル基板100が含む珪素と反応してシリサイド化する。これにより、ソース領域40とオーミック接合する電極膜61が形成される。電極膜61は、コンタクト領域8とオーミック接合してもよい。次に、金属膜62が形成される。金属膜62は、電極膜61および分離絶縁膜72の各々の上に形成される。金属膜62は、たとえばアルミニウムを含む。以上により、電極膜61と金属膜62とを含むソース電極60が形成される(図15参照)。
Next, the
次に、炭化珪素エピタキシャル基板100の第6主面2において、裏面研磨が行われる。これにより、炭化珪素単結晶基板4の厚みが低減される。次に、ドレイン電極63を形成する工程が実施される。たとえばスパッタリング法により、第6主面2と接するドレイン電極63が形成される。ドレイン電極63は、たとえばNiSiまたはTiAlSiを含む材料から構成されている。次に、炭化珪素エピタキシャル基板100が、たとえば砥石(図示せず)によってダイシングされる。これにより、炭化珪素エピタキシャル基板100が複数の炭化珪素半導体チップ200に分割される(図16参照)。複数の炭化珪素半導体チップ200の各々は、MOSFETなどの炭化珪素半導体素子150を含んでいる。
Next, the back surface polishing is performed on the sixth
図16に示されるように、複数の炭化珪素半導体チップ200の各々は、第2主面202と、第4主面201とを有している。第4主面201は、第2主面202の反対側にある。第4主面201は、表面である。第4主面201には、ソース電極60が露出している。第2主面202は、裏面である。第2主面202には、ドレイン電極63が露出している。第2主面202の内周部80は、第1位置81と、第2位置84と、第3位置83と、第4位置85とを有している。
As shown in FIG. 16, each of the plurality of silicon
図16に示されるように、複数の炭化珪素半導体チップ200の各々は、第1辺211と、第2辺212とを有する。第2辺212は、第1辺211よりも短い。第1辺211は、長辺である。第2辺212は、短辺である。図16に示されるように、一対の第2辺212を2等分する線を第1直線C1とし、一対の第1辺211を2等分する線を第2直線C2とする。第3直線C3は、第1直線C1および第2直線C2の各々に垂直な直線である。第2主面202は、中心82を有している。中心82は、第2主面202と第3直線C3とが交差する点である。第1位置81および第2位置84は、それぞれ第1直線C1における一方側および他方側にある。第3位置83および第4位置85は、それぞれ第2直線C2における一方側および他方側にある。
As shown in FIG. 16, each of the plurality of silicon
次に、炭化珪素半導体チップ200の第2主面202の表面形状が測定される。具体的には、神津精機株式会社製の表面形状測定システム(型番:DY−3000−008)を用いて、第2主面202の形状が測定される。図17は、炭化珪素半導体チップ200が表面形状測定システムのステージ310上に配置された状態を示す断面模式図である。図17に示されるように、炭化珪素半導体チップ200が、表面形状測定システムのステージ310上に配置される。ステージ310は、平坦面311を有している。表面形状測定システムは、レーザ変位計を用いる非接触形状測定システムである。
Next, the surface shape of the second
図17に示されるように、第4主面201が平坦面311に対向するように、炭化珪素半導体チップ200が平坦面311上に配置される。炭化珪素半導体チップ200は反っている。具体的には、第4主面201が凹み、かつ第2主面202が突出するように、炭化珪素半導体チップ200は反っている。この状態で、第2主面202に対してレーザ光が照射される。表面形状測定システムによって、第1位置81から第2位置84まで第2主面202の高さが測定される。第1位置81は、平坦面311に平行な方向において、外周面203から中心82に向かって第1幅W離れた位置である。第2位置84は、中心82に対して第1位置81と反対側に位置する。第2位置84は、平坦面311に平行な方向において、外周面203から中心82に向かって第1幅W離れた位置である。中心82は、第1位置81と第2位置84との中間位置にある。第1幅Wは、0.5mmである。
As shown in FIG. 17, the silicon
図18は、炭化珪素半導体チップ200の第2主面202の高さプロファイルである。図18に示されるように、第2主面202の高さプロファイル302は、上向きに凸である。別の観点から言えば、第2主面202は、ステージの平坦面311に対して反対側に突出するように湾曲している。第1位置81における第2主面202の高さは、第1高さH1である。第2位置84における第2主面202の高さは、第2高さH2である。中心82における第2主面202の高さは、第3高さH3である。図18に示されるように、第1位置81および第2位置84を通る直線は、第4直線C4である。
FIG. 18 is a height profile of the second
複数の炭化珪素半導体チップ200の各々において、第2主面202を上に向けた状態で、第1位置81から第2位置84まで第2主面202の高さを測定した場合に、第2主面202の中心82は、第1位置81および第2位置84を通る直線(第4直線C4)よりも高い位置にある。具体的には、中心82における第2主面202の高さ(第3高さH3)は、中心82における第4直線C4の高さ(第4高さH4)よりも高い位置にある。図18に示されるように、第2主面202の高さプロファイル302は、第1位置81から中心82に向かって単調に増加する部分と、中心82から第2位置84に向かって単調に減少する部分とを有していてもよい。
When the height of the second
以上のように、たとえば表面形状測定システムを利用して、第1位置81から第2位置84まで第2主面202の高さを測定した場合に、第2主面202の中心82が第1位置81および第2位置84を通る直線(第4直線C4)よりも高い位置にあるような炭化珪素半導体チップ200が選別される。選別された複数の炭化珪素半導体チップ200の各々において、第1位置81から第2位置84まで第2主面202の高さを測定した場合に、第2主面202の中心82は、第1位置81および第2位置84を通る直線(第4直線C4)よりも高い位置にある。
As described above, when the height of the second
また回路基板20が準備される。回路基板20は、基材24と、回路パターン23とを有している。回路パターン23は、基材24上に設けられている。回路基板20は、第1主面21と、第3主面22とを有している。第3主面22は、第1主面21と反対側の面である。第1主面21は、回路パターン23により構成されている。第3主面22は、基材24により構成されている。
Further, the
次に、実装工程S2が実施される。実装工程においては、第2主面202が第1主面21に対向するように、複数の炭化珪素半導体チップ200の各々が回路基板20に実装される。具体的には、図2および図3に示されるように、接合部材50を介して炭化珪素半導体チップ200が回路基板20に実装される。接合部材50は、たとえば半田である。接合部材50は、導電性材料であればよく、半田に限定されない。接合部材50は、たとえば銀ペースト等であってもよい。図2および図3に示されるように、接合部材50は、第1主面21において回路パターン23と電気的に接続されている。接合部材50は、第2主面202において炭化珪素半導体チップ200のドレイン電極63と電気的に接続されている。接合部材50を介して、炭化珪素半導体チップ200のドレイン電極63が回路パターン23と電気的に接続される。
Next, the mounting step S2 is carried out. In the mounting process, each of the plurality of silicon
図1に示されるように、複数の炭化珪素半導体チップ200の各々は、長方形状であってもよい。複数の炭化珪素半導体チップ200の各々は、第1辺211と、第2辺212とを有する。複数の炭化珪素半導体チップ200の各々が長方形状である場合、第2辺212は、第1辺211よりも短い。第1辺211は、長辺である。第2辺212は、短辺である。
As shown in FIG. 1, each of the plurality of silicon
図18は、第1直線C1に沿って第2主面202の高さを測定した場合における高さプロファイル302である。図16および図18に示されるように、第4直線C4は、第1位置81と、第2位置84とを通る直線である。第1位置81は、第1直線C1に沿った方向において、外周面203から中心82に向かって第1幅W離れた位置である。第2位置84は、第1直線C1に沿った方向において、外周面203から中心82に向かって第1幅W離れた位置である。中心82は、第1位置81と第2位置84との中間位置にある。第1幅Wは、0.5mmである。
FIG. 18 is a
図19は、第2直線C2に沿って第2主面202の高さを測定した場合における高さプロファイル302である。図16および図19に示されるように、第5直線C5は、第3位置83と、第4位置85とを通る直線である。第3位置83は、第2直線C2に沿った方向において、外周面203から中心82に向かって第1幅W離れた位置である。第4位置85は、中心82に対して第3位置83と反対側に位置する。第4位置85は、第2直線C2に沿った方向において、外周面203から中心82に向かって第1幅W離れた位置である。中心82は、第3位置83と第4位置85との中間位置にある。第1幅Wは、0.5mmである。
FIG. 19 is a
図18および図19に示されるように、準備工程S1においては、第2主面202を上に向けた状態で、第1辺211と平行な方向(第1直線C1)に沿って第2主面202の高さを測定した場合における中心82と第4直線C4との距離(第4距離D4)は、第2辺212と平行な方向(第2直線C2)に沿って第2主面202の高さを測定した場合における中心82と第5直線C5との距離(第5距離D5)よりも大きい複数の炭化珪素半導体チップ200が準備されてもよい。第4距離D4は、たとえば0.0001mm以上であってもよいし、0.0002mm以上であってもよい。第4距離D4は、たとえば0.002mm以下であってもよいし、0.001mm以下であってもよい。第5距離D5は、たとえば0.0001mm以上であってもよいし、0.0002mm以上であってもよい。第5距離D5は、たとえば0.002mm以下であってもよいし、0.001mm以下であってもよい。第4距離D4と第5距離D5との差の絶対値は、たとえば0.0001mm以上0.001mm以下であってもよい。
As shown in FIGS. 18 and 19, in the preparation step S1, the second
図4に示されるように、複数の炭化珪素半導体チップ200の各々は、正方形状であってもよい。複数の炭化珪素半導体チップ200の各々が正方形状である場合、第2辺212の長さは、第1辺211と同じである。複数の炭化珪素半導体チップ200の各々が正方形状である場合、第4距離D4は、第5距離D5と同じであってもよいし、異なっていてもよい。
As shown in FIG. 4, each of the plurality of silicon
図20は、炭化珪素半導体チップ200の第2主面202の高さプロファイル302の変形例である。図20に示されるように、第2主面202の高さプロファイル302は、上向きに凸の部分と、下向きに凸の部分とを有していてもよい。別の観点から言えば、第2主面202は、ステージの平坦面311に対して反対側に突出するように湾曲している部分と、平坦面311に対して突出するように湾曲している部分とを有していてもよい。
FIG. 20 is a modified example of the
図20に示す高さプロファイル302においても、中心82における第2主面202の高さ(第3高さH3)は、中心82における第4直線C4の高さ(第4高さH4)よりも高い位置にある。図20に示されるように、第2主面202の高さプロファイル302は、第1位置81と中心82との間において極大値を示し、中心82と第2位置84との間において極小値を示していてもよい。
Also in the
次に、上記実施形態に係る炭化珪素半導体モジュール400およびその製造方法の作用効果について説明する。
Next, the effects of the silicon
通常、炭化珪素半導体モジュール400には、複数の炭化珪素半導体チップ200が回路基板20に実装されている。珪素半導体チップと比較して、炭化珪素半導体チップ200は、反りやすい性質を有している。炭化珪素半導体チップ200の裏面(第2主面202)の中心82と回路基板20の表面(第1主面21)との距離が、炭化珪素半導体チップ200の裏面の内周部80と回路基板20の表面との距離よりも小さくなるように炭化珪素半導体チップ200が反っている場合(言い換えれば、裏面が凸状の場合)、裏面の中心82における接合部材50の厚みは、裏面の内周部80における接合部材50の厚みよりも小さくなる(図2参照)。炭化珪素半導体チップ200には、中心部に炭化珪素半導体素子150が設けられている。そのため、炭化珪素半導体チップ200は、外周部よりも中心部の方が発熱しやすい。
Usually, in the silicon
裏面の中心82における接合部材50の厚みが裏面の内周部80における接合部材50の厚みよりも小さい場合(言い換えれば、裏面が凸状の場合)には、裏面の中心82における接合部材50の厚みが裏面の内周部80における接合部材50の厚みよりも大きい場合(言い換えれば、裏面が凹状の場合)と比較して、抜熱が促進される。そのため、裏面が凸状の場合には、炭化珪素半導体チップ200の温度上昇を低減することができると考えられる。
When the thickness of the joining
炭化珪素半導体チップ200は環境変化(たとえば温度変化、経時変化など)に伴って特性(たとえばオン抵抗、閾値電圧など)が劣化する。具体的には、裏面が凹状の炭化珪素半導体チップ200は、裏面が凸状の炭化珪素半導体チップ200よりも特性が劣化しやすい場合が多い。そのため、炭化珪素半導体モジュール400において、裏面が凸状の炭化珪素半導体チップ200と、裏面が凹状の炭化珪素半導体チップ200とが混在している場合には、各々の炭化珪素半導体チップ200の特性の劣化速度が異なるため、炭化珪素半導体モジュール400全体としての特性の変化を予測することが困難となる。
The characteristics (for example, on-resistance, threshold voltage, etc.) of the silicon
そこで、本実施形態の炭化珪素半導体モジュール400においては、炭化珪素半導体モジュール400に搭載される全ての炭化珪素半導体チップ200の裏面の形状を凸状に揃えている。具体的には、本実施形態の炭化珪素半導体モジュール400によれば、複数の炭化珪素半導体チップ200の各々において、第2主面202の中心82と第1主面21との距離は、第2主面202の内周部80と第1主面21との距離よりも小さい。また本実施形態の炭化珪素半導体モジュール400の製造方法によれば、炭化珪素半導体チップ200の各々において、第2主面202の第1位置81から第2位置84まで第2主面202の高さを測定した場合に、第2主面202の中心82は、第1位置81および第2位置84を通る直線よりも高い位置にある。これにより、全ての炭化珪素半導体チップ200の第2主面202(裏面)の形状が凸状となる。従って、全ての炭化珪素半導体チップ200の特性の劣化速度を同じ程度に揃えることができる。結果として、炭化珪素半導体モジュール400全体としての特性変化の予測可能性を向上することができる。
Therefore, in the silicon
なお、回路基板20から取り外した炭化珪素半導体チップ200において、第2主面202の第1位置81から第2位置84まで第2主面202の高さを測定した際、第2主面202の中心82が第1位置81および第2位置84を通る直線よりも高い位置にある場合には、炭化珪素半導体モジュール400の状態において、炭化珪素半導体チップ200の第2主面202の中心82と回路基板20の第1主面21との距離は、第2主面202の内周部80と第1主面21との距離よりも小さかったと推定することができる。
In the silicon
次に、炭化珪素半導体チップ200の第2主面202の高さプロファイル302の実施例について説明する。炭化珪素半導体チップ200は、正方形状である。炭化珪素半導体チップ200のサイズは、6mm×6mmである。神津精機株式会社製の表面形状測定システム(型番:DY−3000−008)を用いて、第2主面202の高さプロファイル302を測定した。
Next, an example of the
図21は、炭化珪素半導体チップ200の左辺から中心82に向かって0.5mm離れた直線上に沿って、上辺側の第1位置81から下辺側の第2位置84まで測定された第2主面202の高さプロファイル302である。第2主面202の高さプロファイル302の測定開始位置である第1位置81は、上辺から下辺に向かって0.5mm離れた位置である。図21に示されるように、第1位置81から第2位置84まで第2主面202の高さを測定した場合、第2主面202の中心82が第1位置81および第2位置84を通る直線(第4直線C4)よりも高い位置にあった。高さプロファイル302は、1つの極大値と、1つの極小値を有していた。
FIG. 21 shows the second main measured from the
図22は、炭化珪素半導体チップ200の右辺から中心82に向かって3mm離れた直線に沿って、上辺側の第1位置81から下辺側の第2位置84まで測定された第2主面202の高さプロファイル302である。第2主面202の高さプロファイル302の測定開始位置である第1位置81は、上辺から下辺に向かって0.5mm離れた位置である。図22に示されるように、第1位置81から第2位置84まで第2主面202の高さを測定した場合、第2主面202の中心82が第1位置81および第2位置84を通る直線(第4直線C4)よりも高い位置にあった。高さプロファイル302は、1つの極大値と、1つの極小値を有していた。
FIG. 22 shows the second
図23は、炭化珪素半導体チップ200の右辺から中心82に向かって0.5mm離れた直線に沿って、上辺側の第1位置81から下辺側の第2位置84まで測定された第2主面202の高さプロファイル302である。第2主面202の高さプロファイル302の測定開始位置である第1位置81は、上辺から下辺に向かって0.5mm離れた位置である。図23に示されるように、第1位置81から第2位置84まで第2主面202の高さを測定した場合、第2主面202の中心82が第1位置81および第2位置84を通る直線(第4直線C4)よりも高い位置にあった。高さプロファイル302は、2つの極大値と、2つの極小値を有していた。
FIG. 23 shows the second main surface measured from the
図24は、炭化珪素半導体チップ200の上辺から中心82に向かって0.5mm離れた直線に沿って、左辺側の第1位置81から右辺側の第2位置84まで測定された第2主面202の高さプロファイル302である。第2主面202の高さプロファイル302の測定開始位置である第1位置81は、左辺から右辺に向かって0.5mm離れた位置である。図24に示されるように、第1位置81から第2位置84まで第2主面202の高さを測定した場合、第2主面202の中心82が第1位置81および第2位置84を通る直線(第4直線C4)よりも高い位置にあった。高さプロファイル302は、2つの極大値と、1つの極小値を有していた。
FIG. 24 shows the second main surface measured from the
図25は、炭化珪素半導体チップ200の上辺から中心82に向かって3mm離れた直線に沿って、左辺側の第1位置81から右辺側の第2位置84まで測定された第2主面202の高さプロファイル302である。第2主面202の高さプロファイル302の測定開始位置である第1位置81は、左辺から右辺に向かって0.5mm離れた位置である。図25に示されるように、第1位置81から第2位置84まで第2主面202の高さを測定した場合、第2主面202の中心82が第1位置81および第2位置84を通る直線(第4直線C4)よりも高い位置にあった。高さプロファイル302は、2つの極大値と、1つの極小値を有していた。
FIG. 25 shows the second
図26は、炭化珪素半導体チップ200の下辺から中心82に向かって0.5mm離れた直線に沿って、左辺側の第1位置81から右辺側の第2位置84まで測定された第2主面202の高さプロファイル302である。第2主面202の高さプロファイル302の測定開始位置である第1位置81は、左辺から右辺に向かって0.5mm離れた位置である。図25に示されるように、第1位置81から第2位置84まで第2主面202の高さを測定した場合、第2主面202の中心82が第1位置81および第2位置84を通る直線(第4直線C4)よりも高い位置にあった。高さプロファイル302は、1つの極大値と、2つの極小値を有していた。
FIG. 26 shows a second main surface measured from the
今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments and examples disclosed this time should be considered as exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is shown by the scope of claims rather than the above description, and is intended to include meaning equivalent to the scope of claims and all modifications within the scope.
1 第5主面
2 第6主面
3 炭化珪素エピタキシャル層
4 炭化珪素単結晶基板
5 側面
6 底面
7 ゲートトレンチ
8 コンタクト領域
10 ドリフト領域
11 オリエンテーションフラット
12 円弧状部
13 外縁部
20 回路基板
21 第1主面
22 第3主面
23 回路パターン
24 基材
25 第1基板領域
26 第2基板領域
30 ボディ領域
31 マスク層
40 ソース領域
50 接合部材
60 ソース電極
61 電極膜
62 金属膜
63 ドレイン電極
64 ゲート電極
71 ゲート絶縁膜
72 分離絶縁膜
80 内周部
81 第1位置
82 中心
83 第3位置
84 第2位置
85 第4位置
100 炭化珪素エピタキシャル基板
101 第1方向
102 第2方向
150 炭化珪素半導体素子(MOSFET)
200 炭化珪素半導体チップ
201 第4主面
202 第2主面
203 外周面
204 外周端
210 第1炭化珪素半導体チップ
211 第1辺
212 第2辺
220 第2炭化珪素半導体チップ
302 高さプロファイル
310 ステージ
311 平坦面
400 炭化珪素半導体モジュール
C1 第1直線
C2 第2直線
C3 第3直線
C4 第4直線
C5 第5直線
D1 第1距離
D2 第2距離
D3 第3距離
D4 第4距離
D5 第5距離
H1 第1高さ
H2 第2高さ
H3 第3高さ
H4 第4高さ
S1 準備工程
S2 実装工程
W 第1幅
1 5th
200 Silicon
Claims (6)
前記回路基板に実装され、かつ前記第1主面に対向する第2主面を有する複数の炭化珪素半導体チップとを備え、
前記複数の炭化珪素半導体チップの各々において、前記第2主面の中心と前記第1主面との距離は、前記第2主面の外周端から前記中心に向かって前記第1主面に平行な方向に0.5mm離れた内周部と前記第1主面との距離よりも小さい、炭化珪素半導体モジュール。 A circuit board having a first main surface and
A plurality of silicon carbide semiconductor chips mounted on the circuit board and having a second main surface facing the first main surface are provided.
In each of the plurality of silicon carbide semiconductor chips, the distance between the center of the second main surface and the first main surface is parallel to the first main surface from the outer peripheral end of the second main surface toward the center. A silicon carbide semiconductor module that is smaller than the distance between the inner peripheral portion separated by 0.5 mm in the above direction and the first main surface.
前記内周部と前記第1主面との距離を第1距離とし、かつ前記中心と前記第1主面との距離を第2距離とした場合、
前記第1辺に平行な方向における前記第1距離と前記第2距離との差の絶対値は、前記第2辺に平行な方向における前記第1距離と前記第2距離との差の絶対値よりも大きい、請求項1に記載の炭化珪素半導体モジュール。 Each of the plurality of silicon carbide semiconductor chips has a rectangular shape having a first side and a second side shorter than the first side.
When the distance between the inner peripheral portion and the first main surface is the first distance, and the distance between the center and the first main surface is the second distance,
The absolute value of the difference between the first distance and the second distance in the direction parallel to the first side is the absolute value of the difference between the first distance and the second distance in the direction parallel to the second side. The silicon carbide semiconductor module according to claim 1, which is larger than the above.
前記第2主面が前記第1主面に対向するように、前記複数の炭化珪素半導体チップの各々を前記回路基板に実装する第2ステップとを備え、
前記第2主面は、前記第2主面の外周端から前記第2主面の中心に向かって前記第1主面に平行な方向に0.5mm離れた第1位置と、前記中心に対して前記第1位置と反対側に位置する第2位置とを有し、
前記第1ステップにおいては、前記第2主面を上に向けた状態で、前記第1位置から前記第2位置まで前記第2主面の高さを測定した場合に、前記中心は、前記第1位置および前記第2位置を通る直線よりも高い位置にある前記複数の炭化珪素半導体チップが準備される、炭化珪素半導体モジュールの製造方法。 A first step of preparing a circuit board having a first main surface and a plurality of silicon carbide semiconductor chips having a second main surface,
A second step of mounting each of the plurality of silicon carbide semiconductor chips on the circuit board is provided so that the second main surface faces the first main surface.
The second main surface is a first position separated from the outer peripheral end of the second main surface by 0.5 mm in a direction parallel to the first main surface toward the center of the second main surface, and the center. It has a second position located on the opposite side of the first position.
In the first step, when the height of the second main surface is measured from the first position to the second position with the second main surface facing upward, the center is the first. A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor module, wherein a plurality of silicon carbide semiconductor chips located at positions higher than a straight line passing through one position and the second position are prepared.
前記第1ステップにおいては、前記第2主面を上に向けた状態で、前記第1辺に平行な方向に沿って前記第2主面の高さを測定した場合における前記中心と前記直線との距離は、前記第2辺に平行な方向に沿って前記第2主面の高さを測定した場合における前記中心と前記直線との距離よりも大きい前記複数の炭化珪素半導体チップが準備される、請求項4に記載の炭化珪素半導体モジュールの製造方法。 Each of the plurality of silicon carbide semiconductor chips has a rectangular shape having a first side and a second side shorter than the first side.
In the first step, the center and the straight line when the height of the second main surface is measured along a direction parallel to the first side with the second main surface facing upward. A plurality of silicon carbide semiconductor chips are prepared, wherein the distance is larger than the distance between the center and the straight line when the height of the second main surface is measured along a direction parallel to the second side. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor module according to claim 4.
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