JP6463214B2 - Semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は半導体装置に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device.

パワーエレクトロニクス分野で用いられる半導体装置としては、MOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)やIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等の電界効果型トランジスタや、JFET(Junction Field Effect Transistor)などが挙げられる。それらの半導体装置には、パワーエレクトロニクスへの応用の観点から、高信頼性化が求められている。   Semiconductor devices used in the field of power electronics include field effect transistors such as MOSFETs (Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) and IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), and JFETs (Junction Field Effect Transistors). These semiconductor devices are required to have high reliability from the viewpoint of application to power electronics.

例えば、MOSFETをインバータ回路などに適用して誘導性負荷や抵抗性負荷を駆動させているときにアーム短絡や負荷短絡(以下「短絡」と総称する)が生じると、当該MOSFETに異常な大電流(過電流)が流れる状態になる。この状態では、MOSFETには定格電流の数倍から数十倍のドレイン電流が誘起され、適切な保護機能を有していなければMOSFET素子の破壊に至る。   For example, if an arm short circuit or load short circuit (hereinafter referred to as “short circuit”) occurs when an inductive load or a resistive load is driven by applying the MOSFET to an inverter circuit or the like, an abnormally large current is generated in the MOSFET. (Overcurrent) flows. In this state, a drain current several times to several tens of times the rated current is induced in the MOSFET, and if the device does not have an appropriate protection function, the MOSFET element is destroyed.

一般に、MOSFET素子の破壊(素子破壊)を防ぐ方法としては、素子破壊に至る前に、過剰なドレイン電流を検知し、それが検知されたときにゲート電極にオフ信号を入力することでドレイン電流を遮断する方法がとられる。この場合、MOSFET素子には短絡の発生から過電流を検知してゲート電極へオフ信号が入力されるまでの時間以上に渡って、素子破壊に至らないロバスト性が求められる。すなわち、半導体装置の高信頼性の一つとして、短絡耐量が高いことが強く望まれている。なお、短絡耐量は、短絡が生じてから素子破壊に至るまでの時間によって略定義され、破壊に至るまでの時間が長いほど短絡耐量が高いと言える。   In general, as a method of preventing destruction of a MOSFET element (element destruction), an excessive drain current is detected before the element destruction, and an off signal is input to the gate electrode when the drain current is detected. A method is used to shut off. In this case, the MOSFET element is required to have robustness that does not cause element destruction over a period of time from when a short circuit occurs until an overcurrent is detected and an off signal is input to the gate electrode. That is, as one of the high reliability of the semiconductor device, it is strongly desired that the short circuit tolerance is high. Note that the short-circuit tolerance is substantially defined by the time from the occurrence of a short-circuit until the element is destroyed, and it can be said that the short-circuit tolerance is higher as the time until the destruction is longer.

例えば、下記の特許文献1には、IGBTの短絡耐量を向上させるために、IGBTのオン電流の経路となるエミッタ領域(MOSFETのソース領域に相当)の構造を、高抵抗なエミッタ層(高抵抗領域)と低抵抗なエミッタ層(低抵抗領域)とがエミッタ電極(MOSFETのソース電極に相当)とチャネル領域(MOSFETのウェル領域に相当)との間に互いに並列接続するように交互に配設された構造とする方法が開示されている。   For example, in Patent Document 1 below, a structure of an emitter region (corresponding to a source region of a MOSFET) serving as an on-current path of an IGBT is described as a high-resistance emitter layer (high resistance) in order to improve the short-circuit withstand capability of the IGBT. Region) and a low resistance emitter layer (low resistance region) are alternately arranged in parallel between the emitter electrode (corresponding to the source electrode of the MOSFET) and the channel region (corresponding to the well region of the MOSFET). A method of providing a structured structure is disclosed.

特開2003−332577号公報JP 2003-332577 A

半導体装置は過電流によって発熱するため、半導体装置の特性としては、高温になるとオン抵抗が増大して過電流が抑えられることが望ましい。特許文献1の半導体装置では、エミッタ領域が並列接続した高抵抗領域と低抵抗領域によって構成されているため、エミッタ電極は低抵抗領域だけでなく高抵抗領域にも接続される。そのため、エミッタ電極とエミッタ領域とのコンタクト抵抗は高くなり、半導体装置のオン抵抗が大きくなる。一方、上記のコンタクト抵抗は高温になると小さくなるため、短絡時にはエミッタ電極とエミッタ領域とのコンタクト抵抗は小さくなる。そのため、オン抵抗成分のうちのコンタクト抵抗を増加させる方法では、高温状態で過電流を十分に減少させることができない。   Since a semiconductor device generates heat due to an overcurrent, it is desirable as a characteristic of the semiconductor device that the on-resistance increases and the overcurrent is suppressed at a high temperature. In the semiconductor device of Patent Document 1, since the emitter region is configured by a high resistance region and a low resistance region connected in parallel, the emitter electrode is connected not only to the low resistance region but also to the high resistance region. For this reason, the contact resistance between the emitter electrode and the emitter region is increased, and the on-resistance of the semiconductor device is increased. On the other hand, the contact resistance is reduced at a high temperature, so that the contact resistance between the emitter electrode and the emitter region is reduced at the time of a short circuit. Therefore, the method of increasing the contact resistance among the on-resistance components cannot sufficiently reduce the overcurrent at a high temperature.

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、オン抵抗の増大を抑制しつつ、短絡時の過電流を抑制して短絡耐量を向上させることが可能な半導体装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a semiconductor device capable of improving the short-circuit tolerance by suppressing an overcurrent during a short circuit while suppressing an increase in on-resistance. The purpose is to do.

本発明の第1の態様に係る半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板上に形成された第1導電型のドリフト層と、前記ドリフト層の表層部に形成された第2導電型のウェル領域と、前記ウェル領域内に形成され、平面視で一部が狭窄された形状の第1導電型のソース領域と、前記ドリフト層上に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成され、前記ウェル領域及び前記ソース領域の上方に延在するゲート電極と、前記ウェル領域における前記ゲート電極の下方の部分であるチャネル領域と、前記ソース領域に接続されたソース電極とを含む半導体素子を備え、前記ソース領域の狭窄された部分であるソース狭窄部は、前記チャネル領域および前記ソース電極から離間して設けられ、前記ソース狭窄部の上には絶縁膜が形成されている。 A semiconductor device according to a first aspect of the present invention includes a semiconductor substrate, a first conductivity type drift layer formed on the semiconductor substrate, and a second conductivity type well formed on a surface layer portion of the drift layer. A first conductivity type source region formed in the well region and partially narrowed in plan view, a gate insulating film formed on the drift layer, and on the gate insulating film A semiconductor device including a gate electrode formed above and extending above the well region and the source region, a channel region that is a portion of the well region below the gate electrode, and a source electrode connected to the source region comprising a device, source stenosis is a narrowing portion of said source region, it said provided separated from the channel region and the source electrode, on the source stenosis of the insulating film is formed To have.

本発明の第2の態様に係る半導体装置は、半導体基板と、前記半導体基板上に形成された第1導電型のドリフト層と、前記ドリフト層の表層部に形成された第2導電型のウェル領域と、前記ウェル領域内に形成された複数の第1導電型のソース領域と、複数の前記ソース領域の間を部分的に架橋する第1導電型のソース架橋部と、前記ドリフト層上に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成され、前記ウェル領域及び前記ソース領域の上方に延在するゲート電極と、前記ウェル領域における前記ゲート電極の下方の部分であるチャネル領域と、前記ソース領域に接続されたソース電極とを含む半導体素子を備え、前記複数のソース領域及び前記ソース架橋部は、前記ソース電極と前記チャネル領域との間に直列に接続されており、前記ソース架橋部は、前記チャネル領域および前記ソース電極から離間しており、前記ソース架橋部の上には絶縁膜が形成されている。

A semiconductor device according to a second aspect of the present invention includes a semiconductor substrate, a first conductivity type drift layer formed on the semiconductor substrate, and a second conductivity type well formed on a surface layer portion of the drift layer. A region, a plurality of first conductivity type source regions formed in the well region, a first conductivity type source bridge portion that partially bridges between the source regions, and the drift layer A formed gate insulating film; a gate electrode formed on the gate insulating film and extending above the well region and the source region; and a channel region that is a portion of the well region below the gate electrode; , comprising a semiconductor device comprising a source electrode connected to said source region, said plurality of source regions and the source bridge section, it is connected in series between the source electrode and the channel region The source bridge portion are spaced apart from the channel region and the source electrode, on the source bridge portion is formed an insulating film.

本発明によれば、半導体素子に大電流が流れると、ソース狭窄部またはソース架橋部が発熱してその抵抗値が上がることでオン抵抗が上昇し、過電流が抑制される。さらに、ソース狭窄部またはソース架橋部での電圧降下が大きくなるため、実効的なゲート電圧が下がることによっても過電流が抑制される。その結果、短絡時に半導体装置が破壊に至るまでの時間が長くなり、半導体装置の短絡耐量が向上する。   According to the present invention, when a large current flows through the semiconductor element, the source constriction portion or the source bridge portion generates heat, and the resistance value thereof increases, so that the on-resistance increases, and the overcurrent is suppressed. Furthermore, since the voltage drop at the source constriction portion or the source bridge portion becomes large, the overcurrent is suppressed even when the effective gate voltage is lowered. As a result, the time until the semiconductor device is destroyed at the time of a short circuit becomes longer, and the short-circuit tolerance of the semiconductor device is improved.

実施の形態1に係るMOSFETの構成を模式的に示す上面図である。FIG. 3 is a top view schematically showing the configuration of the MOSFET according to the first embodiment. 実施の形態1に係るMOSFETのユニットセルの上面模式図である。4 is a schematic top view of a unit cell of MOSFET according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係るMOSFETのハーフユニットセルの断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a MOSFET half unit cell according to the first embodiment. 実施の形態1に係るMOSFETのハーフユニットセルの断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a MOSFET half unit cell according to the first embodiment. 実施の形態1に係るMOSFETの櫛形セルの上面模式図である。3 is a schematic top view of a comb-shaped cell of a MOSFET according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係るMOSFETの変形例のユニットセルの上面模式図である。6 is a schematic top view of a unit cell of a modification of the MOSFET according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係るMOSFETの変形例のユニットセルの上面模式図である。6 is a schematic top view of a unit cell of a modification of the MOSFET according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係るMOSFETの変形例のユニットセルの上面模式図である。6 is a schematic top view of a unit cell of a modification of the MOSFET according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係るMOSFETの変形例の櫛形セルの上面模式図である。6 is a schematic top view of a comb-shaped cell of a modification of the MOSFET according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係るMOSFETの変形例の櫛形セルの上面模式図である。6 is a schematic top view of a comb-shaped cell of a modification of the MOSFET according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係るMOSFETの変形例のハーフユニットセルの断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of a half unit cell of a modification of the MOSFET according to the first embodiment. 実施の形態1に係るMOSFETの変形例のハーフユニットセルの断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of a half unit cell of a modification of the MOSFET according to the first embodiment. 実施の形態1に係るMOSFETの製造方法を説明するための図である。6 is a diagram for explaining the method of manufacturing the MOSFET according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係るMOSFETの製造方法を説明するための図である。6 is a diagram for explaining the method of manufacturing the MOSFET according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係るMOSFETの製造方法を説明するための図である。6 is a diagram for explaining the method of manufacturing the MOSFET according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1に係るMOSFETの製造方法を説明するための図である。6 is a diagram for explaining the method of manufacturing the MOSFET according to the first embodiment. FIG. 実施の形態2に係るMOSFETのユニットセルの上面模式図である。6 is a schematic top view of a unit cell of a MOSFET according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態2に係るMOSFETの櫛形セルの上面模式図である。6 is a schematic top view of a comb-shaped cell of a MOSFET according to a second embodiment. FIG. 実施の形態2に係るMOSFETのハーフユニットセルの断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of a half unit cell of a MOSFET according to a second embodiment. 実施の形態2に係るMOSFETの変形例のユニットセルの上面模式図である。FIG. 10 is a schematic top view of a unit cell of a modification of the MOSFET according to the second embodiment. 実施の形態2に係るMOSFETの変形例のハーフユニットセルの断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of a half unit cell of a modification of the MOSFET according to the second embodiment. 実施の形態2に係るMOSFETの変形例のハーフユニットセルの断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of a half unit cell of a modification of the MOSFET according to the second embodiment. 実施の形態2に係るMOSFETの変形例のユニットセルの上面模式図である。FIG. 10 is a schematic top view of a unit cell of a modification of the MOSFET according to the second embodiment. 実施の形態2に係るMOSFETの変形例のハーフユニットセルの断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of a half unit cell of a modification of the MOSFET according to the second embodiment. 実施の形態3に係るMOSFETのユニットセルの上面模式図である。6 is a schematic top view of a unit cell of a MOSFET according to a third embodiment. FIG. 実施の形態3に係るMOSFETのハーフユニットセルの断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of a half unit cell of a MOSFET according to a third embodiment. 実施の形態3に係るMOSFETのハーフユニットセルの断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of a half unit cell of a MOSFET according to a third embodiment. 実施の形態4に係るトレンチ型MOSFETのハーフユニットセルの断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a half unit cell of a trench MOSFET according to a fourth embodiment. 実施の形態4に係るトレンチ型MOSFETのハーフユニットセルの断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a half unit cell of a trench MOSFET according to a fourth embodiment. 実施の形態4に係るトレンチ型MOSFETの変形例のハーフユニットセルの断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of a half unit cell of a modification of the trench MOSFET according to the fourth embodiment. 実施の形態4に係るトレンチ型MOSFETのハーフユニットセルの断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a half unit cell of a trench MOSFET according to a fourth embodiment. 実施の形態5に係るMOSFETのユニットセルの上面模式図である。FIG. 9 is a schematic top view of a unit cell of a MOSFET according to a fifth embodiment. 実施の形態5に係るMOSFETのユニットセルの上面模式図である。FIG. 9 is a schematic top view of a unit cell of a MOSFET according to a fifth embodiment. 実施の形態6に係るMOSFETのハーフユニットセルの断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view of a MOSFET half unit cell according to a sixth embodiment. 実施の形態6に係るMOSFETの変形例のハーフユニットセルの断面図である。FIG. 16 is a cross-sectional view of a half unit cell of a modification of the MOSFET according to the sixth embodiment.

以下の実施の形態では、不純物の導電型の定義として、「第1導電型」をn型、「第2導電型」をp型とするが、この定義は逆でもよい。つまり「第1導電型」をp型、「第2導電型」をn型としてもよい。   In the following embodiments, the definition of the impurity conductivity type is n-type “first conductivity type” and p-type “second conductivity type”, but this definition may be reversed. That is, the “first conductivity type” may be p-type and the “second conductivity type” may be n-type.

また、本明細書では、個々の半導体素子を狭義の意味で「半導体装置」と称しているが、例えば、リードフレーム上に、半導体素子のチップ、当該半導体素子に逆並列に接続するフリーホイールダイオード及び当該半導体素子のゲート電極に電圧を印加する制御回路と搭載して、一体的に封止して成る半導体モジュール(例えば、インバータモジュールなどのパワーモジュール)も、広義の意味で「半導体装置」に含まれる。   Further, in this specification, each semiconductor element is referred to as a “semiconductor device” in a narrow sense. For example, a free wheel diode connected to a chip of a semiconductor element and anti-parallel to the semiconductor element on a lead frame. In addition, a semiconductor module (for example, a power module such as an inverter module) mounted with a control circuit that applies a voltage to the gate electrode of the semiconductor element and integrally sealed is also referred to as a “semiconductor device” in a broad sense. included.

<実施の形態1>
図1は、実施の形態1に係る半導体装置である炭化珪素MOSFETの上面構成を模式的に示す図である。図1のように、当該MOSFETの最表面には、ソース電極であるソースパッド41、ゲート配線44及びゲートパッド45が形成されている。ゲート配線44は、ゲートパッド45に接続しており、ソースパッド41の周囲を囲むように形成される。ゲートパッド45は、ゲート配線44の1辺の中央近傍に配設される。図2の点線で囲まれた領域7は能動領域であり、MOSFETのセル(ユニットセル)が複数並列配置される。
<Embodiment 1>
FIG. 1 schematically shows a top surface configuration of a silicon carbide MOSFET that is a semiconductor device according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, a source pad 41, a gate wiring 44, and a gate pad 45, which are source electrodes, are formed on the outermost surface of the MOSFET. The gate wiring 44 is connected to the gate pad 45 and is formed so as to surround the source pad 41. The gate pad 45 is disposed near the center of one side of the gate wiring 44. A region 7 surrounded by a dotted line in FIG. 2 is an active region, and a plurality of MOSFET cells (unit cells) are arranged in parallel.

図1において、能動領域7の外側は終端領域であり、チップ5の端部に及んでいる。本発明の特徴は能動領域7内に配設される半導体素子構造に関するものであり、終端領域の構造は任意でよい。よって終端領域の説明は省略する。   In FIG. 1, the outside of the active region 7 is a termination region and extends to the end of the chip 5. A feature of the present invention relates to a semiconductor device structure disposed in the active region 7, and the structure of the termination region may be arbitrary. Therefore, description of the termination region is omitted.

ゲートパッド45には、ゲート配線44を介して、各ユニットセルのゲート電極が接続されており、外部の制御回路(図示せず)からゲートパッド45に印加されたゲート電圧は、各ユニットセルのゲート電極に印加される。同様に、ソースパッド41には、各ユニットセルのソース領域が接続されている。   The gate electrode of each unit cell is connected to the gate pad 45 via the gate wiring 44, and the gate voltage applied to the gate pad 45 from an external control circuit (not shown) is Applied to the gate electrode. Similarly, the source region of each unit cell is connected to the source pad 41.

なお、半導体装置の実際の製品では、MOSFETなどの半導体素子に、外部の保護回路を動作させるための温度センサや電流センサ用の各電極が配設されることが多いが、それらの電極は本実施の形態との関連が薄いため、本実施の形態では省略している。   In an actual product of a semiconductor device, each electrode for a temperature sensor and a current sensor for operating an external protection circuit is often provided on a semiconductor element such as a MOSFET. Since it is not related to the embodiment, it is omitted in this embodiment.

また、ゲートパッド45、ゲート配線44及びソースパッド41のレイアウトは図1に示したものに限られない。それらの形状、個数等は、製品によって多種多様である。温度センサ及び電流センサ用の電極の有無や、各電極のレイアウトは本実施の形態の効果にあまり影響しないため任意でよい。   The layout of the gate pad 45, the gate wiring 44, and the source pad 41 is not limited to that shown in FIG. Their shape, number, etc., vary widely depending on the product. The presence / absence of electrodes for the temperature sensor and the current sensor and the layout of each electrode do not significantly affect the effect of this embodiment, and may be arbitrary.

図2は、実施の形態1に係るMOSFETのユニットセルの上面図である。図1の能動領域7には、図2で示すユニットセルが格子状に複数形成されている。また、図3及び図4は、当該ユニットセルの断面図である。図3は、図2のA1−A2線に沿った断面に対応し、図4は図2のB1−B2線に沿った断面に対応しており、それぞれ1つのユニットセルの右半分を示す断面図である。すなわち、図3及び図4はそれぞれハーフユニットセルの断面を示しており、ユニットセルの全体を横切る断面は、図3または図4とそれを左側にミラー反転させたものとを合わせた構造となっている。なお、図2においては、図3及び図4に示されているソースパッド41、層間絶縁膜32、ゲート電極35及びゲート絶縁膜30の図示を省略している。   FIG. 2 is a top view of the unit cell of the MOSFET according to the first embodiment. A plurality of unit cells shown in FIG. 2 are formed in a lattice pattern in the active region 7 of FIG. 3 and 4 are cross-sectional views of the unit cell. 3 corresponds to a cross section taken along line A1-A2 in FIG. 2, and FIG. 4 corresponds to a cross section taken along line B1-B2 in FIG. 2, each showing a right half of one unit cell. FIG. That is, FIGS. 3 and 4 each show a cross section of the half unit cell, and the cross section across the entire unit cell has a structure in which FIG. 3 or FIG. 4 is combined with the mirror inverted to the left. ing. In FIG. 2, the source pad 41, the interlayer insulating film 32, the gate electrode 35, and the gate insulating film 30 shown in FIGS. 3 and 4 are not shown.

図3及び図4に示すように、当該MOSFETは、第1導電型(n型)の炭化珪素で形成された半導体基板1と、その表面上にエピタキシャル成長させた第1導電型のドリフト層2(炭化珪素半導体層)とから成るエピタキシャル基板を用いて形成されている。半導体基板1の裏面には、半導体基板1とオーミック接続する裏面オーミック電極42を介して、ドレイン電極43が形成されている。   As shown in FIGS. 3 and 4, the MOSFET includes a semiconductor substrate 1 made of silicon carbide of a first conductivity type (n-type) and a first conductivity type drift layer 2 (epitaxially grown on the surface thereof) ( And an epitaxial substrate made of a silicon carbide semiconductor layer. A drain electrode 43 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 1 via a back surface ohmic electrode 42 that is in ohmic contact with the semiconductor substrate 1.

ドリフト層2の表層部には、第2導電型(p型)のウェル領域20が選択的に形成されている。さらに、ウェル領域20内の表層部には、第1導電型のソース領域12と第2導電型のウェルコンタクト領域25とが形成されている。   A second conductivity type (p-type) well region 20 is selectively formed in the surface layer portion of the drift layer 2. Further, a first conductivity type source region 12 and a second conductivity type well contact region 25 are formed in the surface layer portion in the well region 20.

ドリフト層2において、ウェル領域20に隣接する領域11(隣接するユニットセルのウェル領域20に挟まれる領域)は「JFET領域」と呼ばれる。また、ウェル領域20において、JFET領域11とソース領域12とに挟まれる領域の表層部は、MOSFETの導通時にチャネルが形成される領域であり、「チャネル領域」と呼ばれる。   In the drift layer 2, a region 11 adjacent to the well region 20 (a region sandwiched between the well regions 20 of adjacent unit cells) is called a “JFET region”. In the well region 20, the surface layer portion of the region sandwiched between the JFET region 11 and the source region 12 is a region where a channel is formed when the MOSFET is conductive, and is called a “channel region”.

ドリフト層2の上にはゲート絶縁膜30が形成されており、ゲート絶縁膜30の上には、ソース領域12、ウェル領域20(チャネル領域)及びJFET領域11上に跨がるようにゲート電極35が形成されている。   A gate insulating film 30 is formed on the drift layer 2, and a gate electrode is formed on the gate insulating film 30 so as to straddle the source region 12, the well region 20 (channel region), and the JFET region 11. 35 is formed.

ゲート電極35は、層間絶縁膜32によって覆われている。層間絶縁膜32及びゲート絶縁膜30には、ソース領域12の一部とウェルコンタクト領域25に達するコンタクトホール(ソースコンタクトホール)が形成されており、その底部には、ソース領域12及びウェルコンタクト領域25とオーミック接続するソースオーミック電極40が形成されている。図2では、ソースオーミック電極40の形成領域(ソースコンタクトホールに相当)を点線で示している。   The gate electrode 35 is covered with an interlayer insulating film 32. A contact hole (source contact hole) reaching a part of the source region 12 and the well contact region 25 is formed in the interlayer insulating film 32 and the gate insulating film 30, and the source region 12 and the well contact region are formed at the bottom thereof. A source ohmic electrode 40 that is in ohmic contact with the electrode 25 is formed. In FIG. 2, the formation region of the source ohmic electrode 40 (corresponding to the source contact hole) is indicated by a dotted line.

また、層間絶縁膜32上には、ソースパッド41が形成されており、当該ソースパッド41は、ソースコンタクトホールを介してソースオーミック電極40に接続されている。それにより、ソースパッド41は、ソース領域12及びウェルコンタクト領域25と電気的に接続される。なお、ゲート電極35には、不図示の領域に形成されたコンタクトホール(ゲートコンタクトホール)を通して、図1に示したゲート配線44が接続している。   A source pad 41 is formed on the interlayer insulating film 32, and the source pad 41 is connected to the source ohmic electrode 40 through a source contact hole. Thereby, the source pad 41 is electrically connected to the source region 12 and the well contact region 25. 1 is connected to the gate electrode 35 through a contact hole (gate contact hole) formed in a region (not shown).

ここで、図2に示すように、実施の形態1に係るMOSFETのソース領域12は、平面視で幅(電流の経路に垂直な方向の長さ)を狭くされたソース狭窄部15を有している。すなわち、ソース狭窄部15を含むB1−B2断面では、図4のようにソース領域12がソースオーミック電極40からチャネル領域まで連続的に延在するが、ソース狭窄部15を含まないA1−A2断面では、図3のようにソースオーミック電極40からチャネル領域までの間にソース領域12が分断された箇所がある。図3ではソース領域12が複数個に分かれて見えるが、図2から分かるように、ソース領域12はユニットセル内で一体的に形成されている。   Here, as shown in FIG. 2, the source region 12 of the MOSFET according to the first embodiment has a source constriction portion 15 whose width (length in a direction perpendicular to the current path) is narrowed in plan view. ing. That is, in the B1-B2 cross section including the source constriction portion 15, the source region 12 continuously extends from the source ohmic electrode 40 to the channel region as shown in FIG. 4, but the A1-A2 cross section does not include the source constriction portion 15. Then, as shown in FIG. 3, there is a portion where the source region 12 is divided between the source ohmic electrode 40 and the channel region. Although the source region 12 appears to be divided into a plurality of parts in FIG. 3, as can be seen from FIG. 2, the source region 12 is integrally formed in the unit cell.

ソース狭窄部15は、ソースオーミック電極40とチャネル領域との間において、チャネル領域から離間して配設されている。そのため、ソース狭窄部15は、電流が流れる経路となっている。   The source constriction 15 is disposed between the source ohmic electrode 40 and the channel region so as to be separated from the channel region. Therefore, the source constriction 15 is a path through which current flows.

なお、図2では、四角形の平面構造を有するユニットセルを示したが、ユニットセルの形状は任意でよく、例えば多角形(長方形、六角形など)や円形などでもよい。また、図5に示すような櫛形またはストライプ構造であってもよい(この構造のユニットセルを「櫛形セル」と称す)。なお、図5の櫛形セルでは、ソース領域12に接続するソースオーミック電極40とは離間させて、ウェルコンタクト領域25に接続するオーミック電極40bが形成されている。   2 shows a unit cell having a quadrangular planar structure, the unit cell may have any shape, and may be, for example, a polygon (rectangle, hexagon, etc.) or a circle. Further, it may be a comb shape or a stripe structure as shown in FIG. 5 (a unit cell having this structure is referred to as a “comb cell”). In the comb cell of FIG. 5, an ohmic electrode 40b connected to the well contact region 25 is formed apart from the source ohmic electrode 40 connected to the source region 12.

図2及び図5においては、ソース領域12が複数のソース狭窄部15を有しているが、各ソース狭窄部15の幅W15(電流の経路に垂直な方向の長さ)及び長さL15(電流の経路に沿った方向の長さ)は、10%程度の誤差範囲内で一定としている。そうすることにより、各ソース狭窄部15の抵抗がほぼ同じになり、ユニットセル内で電流分布が不均一になること(電流アンバランス)による発熱分布のばらつきの増大、並びに、それに起因する半導体素子の劣化を抑えることができ、半導体装置の信頼性が向上する。   2 and 5, the source region 12 has a plurality of source confinement portions 15. However, the width W15 (length in the direction perpendicular to the current path) and length L15 (length of each source confinement portion 15). The length in the direction along the current path is constant within an error range of about 10%. By doing so, the resistance of each source constriction part 15 becomes substantially the same, the current distribution in the unit cell becomes non-uniform (current imbalance), the variation in the heat generation distribution, and the semiconductor element resulting therefrom The deterioration of the semiconductor device can be suppressed, and the reliability of the semiconductor device is improved.

図2に示す構造において、ソース狭窄部15の幅W15は、0.1μm以上5μm以下であればよく、好ましくは0.2μm以上1μm以下である。また、当該ソース狭窄部15の長さL15は、0.1μm以上5μm以下であればよく、好ましくは0.2μm以上1μm以下である。ソース狭窄部15の幅W15及び長さL15をそれぞれ上記の範囲とすることで、MOSFETの定格動作時におけるオン抵抗を過大に増加させることなく、短絡時などの大電流発生時にはソース狭窄部15で局所的な発熱を促して抵抗を増加させることができる。それにより過電流が抑制されるため、素子破壊に至るまでの時間を延ばすことができ、MOSFETの短絡耐量が向上する。   In the structure shown in FIG. 2, the width W15 of the source constriction 15 may be 0.1 μm or more and 5 μm or less, and preferably 0.2 μm or more and 1 μm or less. Further, the length L15 of the source constriction 15 may be 0.1 μm or more and 5 μm or less, and preferably 0.2 μm or more and 1 μm or less. By setting the width W15 and the length L15 of the source confinement portion 15 in the above ranges, the source constriction portion 15 does not excessively increase the on-resistance during the rated operation of the MOSFET and generates a large current such as during a short circuit. The resistance can be increased by promoting local fever. As a result, the overcurrent is suppressed, so that the time until the element is destroyed can be extended, and the short-circuit tolerance of the MOSFET is improved.

さらに、図2に示すように、第1導電型のソース狭窄部15は第2導電型のウェル領域20に挟まれており、ソース狭窄部15及びその周囲の構成によって寄生JFETが形成される。ソース狭窄部15の幅W15及び長さL15を上記の範囲とすることで、寄生JFET効果、すなわち空乏層がソース狭窄部15内へ侵入して電流経路が狭くなることによる抵抗増加の効果がより著しくなり、短絡耐量をさらに向上させることができる。   Further, as shown in FIG. 2, the first conductivity type source constriction portion 15 is sandwiched between the second conductivity type well regions 20, and a parasitic JFET is formed by the configuration of the source confinement portion 15 and its periphery. By setting the width W15 and the length L15 of the source confinement portion 15 in the above ranges, the parasitic JFET effect, that is, the effect of increasing resistance due to the depletion layer entering the source confinement portion 15 and narrowing the current path is more effective. It becomes remarkable and the short circuit tolerance can be further improved.

例えば、国際公開WO2013/172079号の図4及び図14には、2つに分割されたソース領域の間にソース抵抗制御領域を設けた構造が開示されている。これに比べて、本実施の形態のソース狭窄部15は、ソース領域12の一部が狭窄されて成るものであるため、MOSFETの定格動作時のオン抵抗の増加は抑制されている。さらに、国際公開WO2013/172079号の半導体装置では、上記の寄生JFET効果は得られない。本願発明では、これらの効果が、国際公開WO2013/172079号で説明されている効果に加えて得られるため、短絡耐量をより向上させることができる。   For example, FIG. 4 and FIG. 14 of International Publication No. WO2013 / 172079 disclose a structure in which a source resistance control region is provided between two source regions. Compared with this, since the source constriction portion 15 of the present embodiment is formed by constricting a part of the source region 12, an increase in on-resistance during the rated operation of the MOSFET is suppressed. Furthermore, the above-mentioned parasitic JFET effect cannot be obtained in the semiconductor device disclosed in International Publication No. WO2013 / 172079. In the present invention, since these effects are obtained in addition to the effects described in International Publication No. WO2013 / 172079, the short-circuit resistance can be further improved.

なお、図2においては、ソース狭窄部15をユニットセルの各辺の中央部に配置した例を示したが、ソース狭窄部15の位置はこれに限られない。例えば、図6のようにソース狭窄部15を各辺の中央部からずらして配置してもよいし、図7や図8のようにユニットセルの各コーナー部にソース狭窄部15を配置してもよい。ソース狭窄部15の数及び配置は多種多様なものが想定できるが、複数のソース狭窄部15をユニットセルの中心に対して点対称となるように配置することが好ましい。そうすることにより、電流分布及び発熱分布が平準化され、電流アンバランスによる発熱分布のばらつき及びそれに起因する素子劣化を抑えることができる。   2 shows an example in which the source constriction portion 15 is arranged at the center of each side of the unit cell, the position of the source constriction portion 15 is not limited to this. For example, as shown in FIG. 6, the source constriction portion 15 may be shifted from the central portion of each side, or as shown in FIG. 7 and FIG. 8, the source constriction portion 15 is arranged at each corner portion of the unit cell. Also good. Although the number and arrangement | positioning of the source constriction part 15 can assume various things, it is preferable to arrange | position the several source confinement part 15 so that it may become point-symmetrical with respect to the center of a unit cell. By doing so, the current distribution and the heat generation distribution are leveled, and variations in the heat generation distribution due to current imbalance and element degradation caused by the variation can be suppressed.

一方、図5では、櫛形セルにおいて均一な幅のソース狭窄部15を等間隔に配置した例を示したが、櫛形セルにおけるソース狭窄部15の配置もこれに限られない。ソース領域12に接続するソースオーミック電極40から各ソース狭窄部15までの距離が不均一であると電流アンバランスが生じる可能性があるので、それを防止するために、例えば図9のように、ソース領域12に接続するソースオーミック電極40に近い位置のソース狭窄部15は幅を狭く(抵抗を大きく)、当該ソースオーミック電極40から遠い位置のソース狭窄部15は幅を広く(抵抗を小さく)してもよい。また例えば、図10のように、ソース領域12に接続するソースオーミック電極40に近い位置のソース狭窄部15は長く(抵抗を大きく)、当該ソースオーミック電極40から遠い位置のソース狭窄部15は短く(抵抗を小さく)しても、同様に電流アンバランスが防止される。さらに、各ソース狭窄部15の幅と長さの両方を、ソース領域12に接続するソースオーミック電極40からの距離に応じて変えてもよい。   On the other hand, FIG. 5 shows an example in which the source constriction portions 15 having a uniform width are arranged at equal intervals in the comb cell, but the arrangement of the source constriction portions 15 in the comb cell is not limited to this. If the distance from the source ohmic electrode 40 connected to the source region 12 to each source constriction 15 is not uniform, current imbalance may occur. To prevent this, for example, as shown in FIG. The source confinement portion 15 near the source ohmic electrode 40 connected to the source region 12 has a narrow width (increases resistance), and the source constriction portion 15 far from the source ohmic electrode 40 has a wide width (low resistance). May be. For example, as shown in FIG. 10, the source constriction 15 near the source ohmic electrode 40 connected to the source region 12 is long (resistance is increased), and the source constriction 15 far from the source ohmic electrode 40 is short. Even if the resistance is reduced, current imbalance is similarly prevented. Furthermore, both the width and length of each source constriction 15 may be changed according to the distance from the source ohmic electrode 40 connected to the source region 12.

ところで、MOSFETにおいては、定格動作でのオン時もしくは短絡時のドレイン電流は、半導体基板1の裏面のドレイン電極43から、裏面オーミック電極42、半導体基板1、ドリフト層2、JFET領域11、チャネル領域、ソース領域12、ソースオーミック電極40を経て、ソースパッド41へと流れる。本実施の形態のようにソース領域12がソース狭窄部15を有する場合、ソース狭窄部15で電流集中が生じるため、ソース狭窄部15の温度が局所的に上昇する。キャリア移動度は温度が上がるほど減少するため、ソース狭窄部15の温度が上昇するとそのシート抵抗は増加し、ソース狭窄部15での電圧降下が顕著になる。   By the way, in the MOSFET, the drain current at the time of ON or short-circuit in rated operation is changed from the drain electrode 43 on the back surface of the semiconductor substrate 1 to the back ohmic electrode 42, the semiconductor substrate 1, the drift layer 2, the JFET region 11, and the channel region. , Flows through the source region 12 and the source ohmic electrode 40 to the source pad 41. When the source region 12 has the source constriction portion 15 as in the present embodiment, current concentration occurs in the source constriction portion 15, so that the temperature of the source constriction portion 15 rises locally. Since the carrier mobility decreases as the temperature rises, the sheet resistance increases as the temperature of the source constriction portion 15 rises, and the voltage drop at the source constriction portion 15 becomes remarkable.

本来、ソース領域12とソースオーミック電極40とのコンタクト抵抗及びソース領域12の寄生抵抗はほとんど無視できるため、ソース領域12の電位はソース電位(アース電位)にほぼ等しい電位に固定される。しかし、ソース狭窄部15で電圧降下が生じると、チャネル領域に隣接するソース領域12の部分の電位が、その電圧降下分だけアース電位よりも高くなる。その結果、チャネル領域に印加される実効的なゲート電圧は低くなり、ドレイン電流が減少する。   Originally, the contact resistance between the source region 12 and the source ohmic electrode 40 and the parasitic resistance of the source region 12 are almost negligible, so the potential of the source region 12 is fixed to a potential substantially equal to the source potential (earth potential). However, when a voltage drop occurs in the source constriction portion 15, the potential of the source region 12 adjacent to the channel region becomes higher than the ground potential by the voltage drop. As a result, the effective gate voltage applied to the channel region is lowered and the drain current is reduced.

このドレイン電流の減少は、短絡時に大電流が流れたときに、MOSFETの短絡耐量を向上させる働きをする。すなわち、短絡によってソース狭窄部15の電流密度が過渡的に大きく上昇すると、ソース狭窄部15の抵抗が高くなってソース狭窄部15での電圧降下が大きくなる。その結果、実効的なゲート電圧が下がり、ドレイン電流(過電流)が減少されることによって短絡耐量が向上する。このように、ソース狭窄部15は、大電流が流れたときに、発熱により高抵抗化して過電流を抑制するだけでなく、電圧降下の増大により実効的なゲート電圧を低くすることによっても過電流を抑制できるという、相乗的な効果を奏する。   This decrease in the drain current serves to improve the short-circuit tolerance of the MOSFET when a large current flows during a short circuit. That is, when the current density of the source constriction portion 15 increases transiently due to a short circuit, the resistance of the source constriction portion 15 increases and the voltage drop at the source constriction portion 15 increases. As a result, the effective gate voltage is lowered and the drain current (overcurrent) is reduced, thereby improving the short-circuit tolerance. As described above, the source constriction 15 not only increases the resistance by heat generation and suppresses the overcurrent when a large current flows, but also reduces the effective gate voltage by increasing the voltage drop. There is a synergistic effect that current can be suppressed.

一方、定格動作時においては、ソース領域12にソース狭窄部15が設けられることでソース領域12の寄生抵抗は増加するが、定格動作時にはソース領域12及びソース狭窄部15は室温に近い温度であり、ソース狭窄部15の抵抗は短絡時のように高くはならない。そのため、定格動作時でのソース領域12の抵抗は過度に大きくはならない。従って、本実施の形態の半導体装置によれば、定格動作時のオン抵抗の増加を抑制しながら、短絡耐量を向上させることができる。   On the other hand, the parasitic resistance of the source region 12 is increased by providing the source constriction 15 in the source region 12 during the rated operation, but the source region 12 and the source constriction 15 are at a temperature close to room temperature during the rated operation. The resistance of the source constriction 15 does not increase as in the case of a short circuit. Therefore, the resistance of the source region 12 at the rated operation does not increase excessively. Therefore, according to the semiconductor device of the present embodiment, it is possible to improve the short-circuit tolerance while suppressing an increase in on-resistance during rated operation.

このようなソース狭窄部15の効果は、珪素を用いて形成した半導体装置よりも、炭化珪素をはじめとするワイドバンドギャップ半導体を用いて形成した半導体装置において、特に高い効果が得られる。以下、その理由を説明する。   Such an effect of the source constriction portion 15 is particularly high in a semiconductor device formed using a wide band gap semiconductor such as silicon carbide, compared to a semiconductor device formed using silicon. The reason will be described below.

半導体装置の短絡耐量を増加させる方法としては、例えば、チャネル抵抗を高くするという方法も考えられる。一般的には、チャネル長を長くすることでチャネル抵抗を高くできる。しかし、ワイドバンドギャップ半導体を用いて形成した半導体装置では、チャネル領域とゲート絶縁膜の界面準位密度が高いため、大電流によって素子の温度が上昇したとき、界面準位にトラップされていた電子(またはホール)が放出されてチャネル抵抗が減少するため、チャネル長を長くしたことによるチャネル抵抗の増加が相殺される。そのため、界面準位密度が高い材料が用いられる場合、短絡耐量を向上させるためには、チャネル長を大幅に長くする必要がある。例えばMOSFETでは、定格動作の温度におけるチャネル移動度が低いため、チャネル長を長くすることはオン抵抗の顕著な増大を招き、装置の損失が増加するために好ましくない。従って、ワイドバンドギャップ半導体を用いた半導体装置に対しては、チャネル抵抗を高くして短絡耐量を増加させる方法には適していないと言える。   As a method of increasing the short-circuit tolerance of the semiconductor device, for example, a method of increasing the channel resistance is also conceivable. In general, the channel resistance can be increased by increasing the channel length. However, in a semiconductor device formed using a wide band gap semiconductor, since the interface state density between the channel region and the gate insulating film is high, electrons trapped in the interface state when the temperature of the element rises due to a large current Since (or holes) are emitted and the channel resistance is reduced, an increase in channel resistance due to an increase in channel length is offset. Therefore, when a material having a high interface state density is used, the channel length needs to be significantly increased in order to improve the short-circuit resistance. For example, in a MOSFET, since the channel mobility at the rated operation temperature is low, it is not preferable to increase the channel length because the on-resistance is remarkably increased and the loss of the device is increased. Therefore, it can be said that it is not suitable for a semiconductor device using a wide band gap semiconductor by increasing the channel resistance and increasing the short-circuit tolerance.

それに対し、本発明においては、ソース狭窄部15を設けることにより、チャネル長を長くすることなく短絡耐量を向上させることができるので、炭化珪素などのワイドバンドギャップ半導体を用いた半導体装置に対して非常に有効である。   On the other hand, in the present invention, by providing the source constriction 15, the short-circuit withstand capability can be improved without increasing the channel length, so that the semiconductor device using a wide band gap semiconductor such as silicon carbide can be used. It is very effective.

ここで、ソース狭窄部15とゲート電極35との位置関係としては、図3及び図4のようにソース狭窄部15上にゲート電極35が存在しない場合と、ソース狭窄部15上にゲート電極35が存在する場合(図11はその場合のA1−A2断面)と、ゲート電極35の端部がソース狭窄部15上に位置することでソース狭窄部15が部分的にゲート電極35で覆われる場合(図12はその場合のA1−A2断面)とがある。ソース狭窄部15は、ソース領域12の他の部分よりも高抵抗であり発熱しやすく、本発明ではその発熱を利用して短絡耐量向上の効果を得ている。しかし、ソース狭窄部15の上にゲート電極35を含むMOS構造が形成されている場合、ソース狭窄部15の発熱によってゲートリーク電流が増大したり、ゲート絶縁膜30の絶縁破壊によって短絡耐量の低下を招いたりする別の問題が生じるおそれがある。そのため、図3及び図4のように、ソース狭窄部15上にゲート電極35が存在しない構成が好ましい。   Here, the positional relationship between the source constriction 15 and the gate electrode 35 is that the gate electrode 35 does not exist on the source constriction 15 as shown in FIGS. 3 and 4 and the gate electrode 35 on the source constriction 15. (FIG. 11 shows the A1-A2 cross section in that case) and the end portion of the gate electrode 35 is located on the source constriction portion 15 so that the source constriction portion 15 is partially covered with the gate electrode 35 (FIG. 12 shows an A1-A2 cross section in that case). The source constriction portion 15 has a higher resistance than other portions of the source region 12 and is likely to generate heat. In the present invention, the heat generation is used to improve the short-circuit resistance. However, when the MOS structure including the gate electrode 35 is formed on the source constriction portion 15, the gate leakage current increases due to heat generation of the source constriction portion 15, or the short circuit withstand capability decreases due to the dielectric breakdown of the gate insulating film 30. May cause another problem. Therefore, a configuration in which the gate electrode 35 does not exist on the source constriction 15 as shown in FIGS. 3 and 4 is preferable.

なお、図11のようにソース狭窄部15上にゲート電極35が形成される場合、ソース狭窄部15を挟むウェル領域20の部分は第2のチャネル領域となるが、それと並列にソース狭窄部15が形成されていることから、この第2のチャネル領域は定格動作時には機能しない。短絡時など大電流が流れたときは、ソース狭窄部15で電位降下が生じるため第2のチャネル領域にも電流が流れ始める。しかし、第2のチャネル領域のチャネル抵抗は大きいため、本来のチャネル領域に隣接するソース領域12の電位は上昇し、実効的なゲート電圧の減少による短絡耐量向上の効果は得られる。   When the gate electrode 35 is formed on the source constriction 15 as shown in FIG. 11, the portion of the well region 20 sandwiching the source constriction 15 becomes the second channel region, but in parallel therewith the source constriction 15 Therefore, the second channel region does not function during rated operation. When a large current flows, such as during a short circuit, a potential drop occurs in the source constriction portion 15, so that the current starts to flow also in the second channel region. However, since the channel resistance of the second channel region is large, the potential of the source region 12 adjacent to the original channel region rises, and the effect of improving the short-circuit resistance due to the effective reduction of the gate voltage is obtained.

以下、図13〜図16を参照しつつ、実施の形態1に係る半導体装置(MOSFET)の製造方法を説明する。まず、第1導電型の炭化珪素からなる半導体基板1を用意する。半導体基板1には炭化珪素の他、珪素や、珪素に比べてバンドギャップの大きい他のワイドバンドギャップ半導体を用いてもよい。ワイドバンドギャップ半導体としては、炭化珪素の他、例えば窒化ガリウム、窒化アルミニューム、ダイヤモンド等がある。半導体基板1の面方位は任意でよく、例えば、その表面垂直方向がc軸方向に対して8°以下に傾斜されていてもよいし、或いは傾斜されていなくてもよい。半導体基板1の厚みも任意でよく、例えば350μm程度でもよいし、100μm程度でもよい。   Hereinafter, a method of manufacturing the semiconductor device (MOSFET) according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. First, a semiconductor substrate 1 made of first conductivity type silicon carbide is prepared. The semiconductor substrate 1 may be made of silicon carbide, silicon, or another wide band gap semiconductor having a band gap larger than that of silicon. Examples of wide band gap semiconductors include gallium nitride, aluminum nitride, and diamond in addition to silicon carbide. The plane orientation of the semiconductor substrate 1 may be arbitrary. For example, the surface vertical direction may be inclined by 8 ° or less with respect to the c-axis direction, or may not be inclined. The thickness of the semiconductor substrate 1 may be arbitrary, for example, about 350 μm or about 100 μm.

続いて、半導体基板1上に、エピタキシャル結晶成長により、第1導電型のドリフト層2を形成する。ドリフト層2の第1導電型の不純物濃度は1×1013cm−3〜1×1017cm−3程度とし、その厚みは3μm〜200μmとする。ドリフト層2は、半導体基板1の上に直接形成されていなくてもよく、半導体基板1の上にバッファ層を介して形成されていてもよい。 Subsequently, the first conductivity type drift layer 2 is formed on the semiconductor substrate 1 by epitaxial crystal growth. The impurity concentration of the first conductivity type of the drift layer 2 is about 1 × 10 13 cm −3 to 1 × 10 17 cm −3 , and the thickness is 3 μm to 200 μm. The drift layer 2 may not be formed directly on the semiconductor substrate 1 but may be formed on the semiconductor substrate 1 via a buffer layer.

ドリフト層2の第1導電型の不純物濃度分布は厚み方向に一定であることが望ましいが、一定でなくてもよく、例えば表面近傍で不純物濃度を意図的に低くしてもよい。その場合、MOSFET素子に逆バイアスが印加されたときにゲート絶縁膜30に生じる電界が低減され、素子の信頼性が向上する他、素子のしきい値電圧を高く設定することができる。   The impurity concentration distribution of the first conductivity type of the drift layer 2 is desirably constant in the thickness direction, but may not be constant, for example, the impurity concentration may be intentionally lowered near the surface. In that case, the electric field generated in the gate insulating film 30 when a reverse bias is applied to the MOSFET element is reduced, the reliability of the element is improved, and the threshold voltage of the element can be set high.

次に、写真製版処理によりパターニングした注入マスク(例えばフォトレジストやシリコン酸化膜)を用いた不純物(ドーパント)のイオン注入により、第2導電型のウェル領域20及びウェルコンタクト領域25をそれぞれ形成する(図13)。   Next, the second conductivity type well region 20 and the well contact region 25 are formed by ion implantation of impurities (dopant) using an implantation mask (for example, a photoresist or a silicon oxide film) patterned by photolithography. FIG. 13).

ウェル領域20の底の深さは、ドリフト層2の底を超えないように設定する必要があり、例えば0.2μm〜2.0μm程度とする。また、ウェル領域20における第2導電型不純物濃度の最大値はドリフト層2の第1導電型の不純物濃度の値を超えるものとし、例えば1×1015cm−3〜1×1019cm−3の範囲内に設定される。 The depth of the bottom of the well region 20 needs to be set so as not to exceed the bottom of the drift layer 2 and is, for example, about 0.2 μm to 2.0 μm. Further, the maximum value of the second conductivity type impurity concentration in the well region 20 exceeds the value of the first conductivity type impurity concentration of the drift layer 2, for example, 1 × 10 15 cm −3 to 1 × 10 19 cm −3. Is set within the range.

また、ウェルコンタクト領域25の底の深さはウェル領域20を超えないように設定する必要があり、例えば0.1〜1.5μm程度とする。また、ウェルコンタクト領域25における第2導電型の不純物濃度は、ウェル領域20のそれを超えており、例えばその最大不純物濃度は1×1019cm−3〜1×1021cm−3程度に設定される。 Further, the depth of the bottom of the well contact region 25 needs to be set so as not to exceed the well region 20, for example, about 0.1 to 1.5 μm. Further, the impurity concentration of the second conductivity type in the well contact region 25 exceeds that of the well region 20, and for example, the maximum impurity concentration is set to about 1 × 10 19 cm −3 to 1 × 10 21 cm −3. Is done.

これらのイオン注入は、半導体基板1を例えば150℃以上に加熱して行ってもよい。そうすることで、例えばウェルコンタクト領域25については、シート抵抗が低く、金属電極との低コンタクト抵抗を実現できる。なお、イオン注入する不純物は、n型の不純物としては窒素やリンが好適であり、p型の不純物としてはアルミニュームや硼素が好適である。   These ion implantations may be performed by heating the semiconductor substrate 1 to, for example, 150 ° C. or higher. By doing so, for example, the well contact region 25 has a low sheet resistance, and a low contact resistance with the metal electrode can be realized. Note that, as an impurity to be ion-implanted, nitrogen or phosphorus is preferable as an n-type impurity, and aluminum or boron is preferable as a p-type impurity.

さらに、写真製版処理によりパターニングした注入マスクを用いた不純物のイオン注入により、第1導電型のソース領域12を形成する。ソース領域12は、その一部がソース狭窄部15となるパターンに形成される。このように、ソース狭窄部15は、ソース領域12の他の部分と同一のイオン注入工程で形成されるので、ソース狭窄部15における第1導電型の不純物濃度分布は、ソース領域12の他の部分におけると第1導電型の不純物濃度分布と同じになる。また、そうすることにより、工程数の増大が抑えられ、製造コストの削減に寄与できる。   Further, the first conductivity type source region 12 is formed by ion implantation of impurities using an implantation mask patterned by photolithography. The source region 12 is formed in a pattern in which a part thereof becomes the source constriction portion 15. Thus, since the source constriction 15 is formed by the same ion implantation process as other portions of the source region 12, the impurity concentration distribution of the first conductivity type in the source confinement 15 is different from that of the source region 12. In the portion, the impurity concentration distribution of the first conductivity type is the same. In addition, by doing so, an increase in the number of processes can be suppressed, which can contribute to a reduction in manufacturing cost.

ハーフユニットセルにおいて、ソース狭窄部15が形成された領域を含む断面(図2のA1−A2断面に相当)は、図14のようにソース領域12が2つに分断された構造となり、ソース狭窄部15が形成されなかった領域の断面(図2のB1−B2断面に相当)では、図15のように一体的なソース領域12が延在する構造となる。   In the half unit cell, the cross section including the region where the source constriction 15 is formed (corresponding to the cross section A1-A2 in FIG. 2) has a structure in which the source region 12 is divided into two as shown in FIG. In the cross section of the region where the portion 15 is not formed (corresponding to the B1-B2 cross section of FIG. 2), the integrated source region 12 extends as shown in FIG.

ソース領域12の底の深さは、ウェル領域20の底の深さを超えないように設定される。また、ソース領域12の第1導電型の不純物濃度は、ユニットセル内でウェル領域20の第2導電型の不純物濃度を超えており、例えば、その最大不純物濃度は1×1018cm−3〜1×1021cm−3程度に設定される。この工程でイオン注入する不純物も、n型の不純物としては窒素やリンが好適であり、p型の不純物としてはアルミニュームや硼素が好適である。 The bottom depth of the source region 12 is set so as not to exceed the bottom depth of the well region 20. The impurity concentration of the first conductivity type in the source region 12 exceeds the impurity concentration of the second conductivity type in the well region 20 in the unit cell. For example, the maximum impurity concentration is 1 × 10 18 cm −3 to It is set to about 1 × 10 21 cm −3 . As for the impurity to be ion-implanted in this step, nitrogen or phosphorus is preferable as the n-type impurity, and aluminum or boron is preferable as the p-type impurity.

ここで、炭化珪素における不純物の熱拡散係数は、パワーデバイス用として従来用いられてきた珪素における不純物の熱拡散係数に比べて非常に小さい。そのため、活性化アニールなどの高温熱処理によっても熱拡散による注入不純物の再分布はほとんど発生せず、注入時の分布をほぼ維持する。従って、ソース狭窄部15の幅や長さは、ソース領域12形成時の注入マスクの幅や長さでほぼ決定される。   Here, the thermal diffusion coefficient of impurities in silicon carbide is much smaller than the thermal diffusion coefficient of impurities in silicon conventionally used for power devices. Therefore, even when a high temperature heat treatment such as activation annealing is performed, redistribution of implanted impurities due to thermal diffusion hardly occurs, and the distribution at the time of implantation is substantially maintained. Therefore, the width and length of the source constriction 15 are substantially determined by the width and length of the implantation mask when the source region 12 is formed.

続いて、終端領域(不図示)の構造を形成するためのイオン注入や、必要に応じてJFET領域11及びチャネル領域への追加のイオン注入などを行い、その後、ドリフト層2に注入した不純物を電気的に活性化させるための熱処理を行う。この熱処理は、アルゴンもしくは窒素等の不活性ガス雰囲気、または真空中で1500℃〜2200℃の温度、0.5分〜60分の時間で行うとよい。   Subsequently, ion implantation for forming the structure of the termination region (not shown), additional ion implantation into the JFET region 11 and the channel region as necessary, etc. are performed, and then the impurity implanted into the drift layer 2 is implanted. Heat treatment for electrical activation is performed. This heat treatment is preferably performed in an inert gas atmosphere such as argon or nitrogen or in a vacuum at a temperature of 1500 ° C. to 2200 ° C. for a time of 0.5 to 60 minutes.

この熱処理では、ドリフト層2の表面を炭素からなる膜で覆った状態、若しくは、ドリフト層2の表面、半導体基板1の裏面、並びに半導体基板1及びドリフト層2の各端面を炭素からなる膜で覆った状態で行ってもよい。それにより、熱処理時における装置内の残留水分や残留酸素との反応によるエッチングでドリフト層2の表面が荒れることを抑止できる。   In this heat treatment, the surface of the drift layer 2 is covered with a film made of carbon, or the surface of the drift layer 2, the back surface of the semiconductor substrate 1, and the end faces of the semiconductor substrate 1 and the drift layer 2 are made of carbon. You may carry out in the state covered. Thereby, it is possible to prevent the surface of the drift layer 2 from being roughened by etching due to a reaction with residual moisture or residual oxygen in the apparatus during the heat treatment.

その後、ドリフト層2の表面上に、例えばシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜30を形成する。ゲート絶縁膜30の形成手法としては、例えば、熱酸化法や堆積法が挙げられる。また、熱酸化法や堆積法によりシリコン酸化膜を形成した後に、窒化酸化ガス(NOやN2Oなど)雰囲気やアンモニア雰囲気での熱処理や、不活性ガス(アルゴンなど)雰囲気での熱処理を行ってもよい。窒化酸化ガス雰囲気での熱処理を行えば、MOS界面への窒素のパイルアップとパッシベーション効果によって、界面準位密度の低い良質なMOS界面が形成できる。   Thereafter, a gate insulating film 30 made of, for example, a silicon oxide film is formed on the surface of the drift layer 2. Examples of the method for forming the gate insulating film 30 include a thermal oxidation method and a deposition method. Further, after a silicon oxide film is formed by a thermal oxidation method or a deposition method, a heat treatment in a nitriding oxide gas (NO, N 2 O, etc.) atmosphere or an ammonia atmosphere, or a heat treatment in an inert gas (argon, etc.) atmosphere may be performed. Good. If heat treatment is performed in a nitriding gas atmosphere, a high-quality MOS interface having a low interface state density can be formed by nitrogen pileup and passivation effect on the MOS interface.

そして、ゲート絶縁膜30上に多結晶シリコンや多結晶炭化珪素をCVD法により堆積し、写真製版処理及びエッチングによるパターニングを行うことにより、ゲート電極35を形成する(図16)。図16は、図2のB1−B2断面に対応している。   Then, polycrystalline silicon or polycrystalline silicon carbide is deposited on the gate insulating film 30 by the CVD method, and patterning is performed by photolithography and etching to form the gate electrode 35 (FIG. 16). FIG. 16 corresponds to the B1-B2 cross section of FIG.

ゲート電極35に用いる多結晶シリコンや多結晶炭化珪素は、リンや硼素やアルミニュームなどを含み、n形もしくはp形の低シート抵抗を有するものであることが望ましい。多結晶シリコンや多結晶炭化珪素に含ませるリンや硼素やアルミニュームは、その成膜中に取り込ませてもよいし、成膜後にイオン注入して活性化熱処理または熱拡散を行ってもよい。さらに、ゲート電極35の材料は、金属や金属間化合物またはそれらの多層膜であってもよい。   The polycrystalline silicon or polycrystalline silicon carbide used for the gate electrode 35 preferably contains phosphorus, boron, aluminum, or the like and has an n-type or p-type low sheet resistance. Phosphorus, boron, or aluminum contained in polycrystalline silicon or polycrystalline silicon carbide may be incorporated during the film formation, or may be subjected to activation heat treatment or thermal diffusion by ion implantation after the film formation. Furthermore, the material of the gate electrode 35 may be a metal, an intermetallic compound, or a multilayer film thereof.

次に、ドリフト層2上にCVD法などによって層間絶縁膜32を形成する。そして、例えばドライエッチング法により、層間絶縁膜32及びゲート絶縁膜30を選択的に除去することで、ソースパッド41をソース領域12及びウェルコンタクト領域25に接続させるためのコンタクトホール(ソースコンタクトホール)を形成する。また、ゲート配線44をゲート電極35に接続させるためのコンタクトホール(ゲートコンタクトホール)をこれと同時に形成してもよい。それにより、プロセス工程が簡略化され、製造コストを削減できる。   Next, an interlayer insulating film 32 is formed on the drift layer 2 by a CVD method or the like. Then, a contact hole (source contact hole) for connecting the source pad 41 to the source region 12 and the well contact region 25 by selectively removing the interlayer insulating film 32 and the gate insulating film 30 by, for example, a dry etching method. Form. Further, a contact hole (gate contact hole) for connecting the gate wiring 44 to the gate electrode 35 may be formed at the same time. Thereby, the process steps are simplified and the manufacturing cost can be reduced.

続いて、ソースコンタクトホールの底に露出したドリフト層2の表面にソースオーミック電極40を形成する。ソースオーミック電極40は、ソース領域12及びウェルコンタクト領域25とのオーミック接触を実現する。   Subsequently, a source ohmic electrode 40 is formed on the surface of the drift layer 2 exposed at the bottom of the source contact hole. The source ohmic electrode 40 realizes ohmic contact with the source region 12 and the well contact region 25.

ソースオーミック電極40の形成は、例えば以下の手順で行われる。まず、ソースコンタクトホール内を含むドリフト層2の全面にニッケルを主成分とする金属膜を成膜する。次に、600〜1100℃の熱処理により、その金属膜をソースコンタクトホール底部の炭化珪素(ソース領域12及びウェルコンタクト領域25)と反応させ、ソースオーミック電極40となるシリサイド膜を形成する。最後に、層間絶縁膜32上に残留した未反応の金属膜を、硝酸、硫酸または塩酸あるいはそれらの過酸化水素水との混合液などを用いたウェットエッチングにより除去する。これにより、ソースコンタクトホールの底にソースオーミック電極40が形成される。層間絶縁膜32上に残留した金属膜を除去した後に、再度熱処理を行ってもよい。この場合は、先の熱処理よりも高温で行うことで、コンタクト抵抗のより低いオーミック接触が形成される。   The source ohmic electrode 40 is formed, for example, by the following procedure. First, a metal film containing nickel as a main component is formed on the entire surface of the drift layer 2 including the inside of the source contact hole. Next, the metal film is reacted with silicon carbide (the source region 12 and the well contact region 25) at the bottom of the source contact hole by heat treatment at 600 to 1100 ° C. to form a silicide film that becomes the source ohmic electrode 40. Finally, the unreacted metal film remaining on the interlayer insulating film 32 is removed by wet etching using nitric acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, or a mixed solution thereof with hydrogen peroxide. Thereby, the source ohmic electrode 40 is formed at the bottom of the source contact hole. The heat treatment may be performed again after the metal film remaining on the interlayer insulating film 32 is removed. In this case, an ohmic contact with a lower contact resistance is formed by performing the heat treatment at a higher temperature than the previous heat treatment.

なお、先の工程でゲートコンタクトホールが形成されていれば、ゲートコンタクトホール底にもシリサイドからなるオーミック電極が形成される。先の工程でゲートコンタクトホールが形成されていなければ、引き続いて写真製版処理とエッチングによって、ゲート配線44によりその後に充填されるべきゲートコンタクトホールを形成する。   If a gate contact hole has been formed in the previous step, an ohmic electrode made of silicide is also formed at the bottom of the gate contact hole. If the gate contact hole is not formed in the previous step, the gate contact hole to be filled later by the gate wiring 44 is formed by photolithography and etching.

ソースオーミック電極40は、全体が同一の金属間化合物からなっていてもよいし、p型領域に接続する部分とn型領域に接続する部分とが、それぞれに適した別々の金属間化合物からなっていてもよい。ソースオーミック電極40においてp型領域に接続する部分とn型領域に接続する部分を作り分けることにより、n型領域とp型領域へのコンタクト抵抗低減の両方をより効果的に実現できる。これは、写真製版処理を用いて、シリサイド膜を形成するための金属膜のパターニングをそれぞれで行うことで実現可能である。   The source ohmic electrode 40 may be entirely made of the same intermetallic compound, and the portion connected to the p-type region and the portion connected to the n-type region are made of different intermetallic compounds suitable for each. It may be. By separately forming a portion connected to the p-type region and a portion connected to the n-type region in the source ohmic electrode 40, both reduction of contact resistance to the n-type region and the p-type region can be more effectively realized. This can be realized by performing patterning of the metal film for forming the silicide film by using photolithography.

ソースオーミック電極40が、ソース領域12に対して十分低いオーミックコンタクト抵抗を有することは、MOSFET素子のオン抵抗低減にとって重要である。一方、ソースオーミック電極40がウェルコンタクト領域25に対して充分低いオーミックコンタクト抵抗を有することは、ウェル領域20のソース電位(アース電位)の固定や、MOSFETに内蔵されるボディーダイオードの順方向特性改善や低スイッチング損失の実現などの観点から好ましい。   The source ohmic electrode 40 having a sufficiently low ohmic contact resistance with respect to the source region 12 is important for reducing the on-resistance of the MOSFET element. On the other hand, the source ohmic electrode 40 having a sufficiently low ohmic contact resistance with respect to the well contact region 25 fixes the source potential (earth potential) of the well region 20 and improves the forward characteristic of the body diode built in the MOSFET. And from the viewpoint of realizing low switching loss.

なお、ドリフト層2の表面上にソースオーミック電極40を形成する過程で、半導体基板1の裏面にも同様の手法で、裏面オーミック電極42となるシリサイド膜を形成する。裏面オーミック電極42は半導体基板1の裏面にオーミック接触し、この後形成するドレイン電極43と半導体基板1との間で良好な電気的接続を実現する。   In the process of forming the source ohmic electrode 40 on the surface of the drift layer 2, a silicide film to be the back ohmic electrode 42 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 1 by the same method. The back surface ohmic electrode 42 is in ohmic contact with the back surface of the semiconductor substrate 1 and realizes good electrical connection between the drain electrode 43 to be formed thereafter and the semiconductor substrate 1.

続いて、スパッタ法や蒸着法により所定の金属膜を形成し、それをパターニングすることによって、層間絶縁膜32上にソースパッド41、ゲート配線44及びゲートパッド45を形成する。上記金属膜としては、Al、Ag、Cu、Ti、Ni、Mo、W、Ta、それらの窒化物、それらの積層膜、それらの合金膜などが考えられる。さらに、半導体基板1の裏面に形成された裏面オーミック電極42上に、Ti、Ni、AgまたはAuなどの金属膜を形成してドレイン電極43を形成する。以上の工程により、図3及び図4に示した構成のMOSFETが完成する(ゲート電極35の形成位置によっては、A1−A2断面は図11または図12のようになる)。   Subsequently, a predetermined metal film is formed by sputtering or vapor deposition, and patterned to form a source pad 41, a gate wiring 44, and a gate pad 45 on the interlayer insulating film 32. Examples of the metal film include Al, Ag, Cu, Ti, Ni, Mo, W, Ta, nitrides thereof, laminated films thereof, alloy films thereof, and the like. Further, a drain electrode 43 is formed by forming a metal film such as Ti, Ni, Ag, or Au on the back surface ohmic electrode 42 formed on the back surface of the semiconductor substrate 1. Through the above steps, the MOSFET having the configuration shown in FIGS. 3 and 4 is completed (the A1-A2 cross section is as shown in FIG. 11 or FIG. 12 depending on the formation position of the gate electrode 35).

図示は省略するが、形成されたMOSFET上は、シリコン窒化膜やポリイミドなどの保護膜で覆ってもよい。この保護膜には、ゲートパッド45及びソースパッド41上に開口が設けられ、ゲートパッド45及びソースパッド41と外部の制御回路とが接続可能なようにされる。   Although not shown, the formed MOSFET may be covered with a protective film such as a silicon nitride film or polyimide. This protective film has openings on the gate pad 45 and the source pad 41 so that the gate pad 45 and the source pad 41 can be connected to an external control circuit.

本実施の形態のMOSFETでは、チャネル領域に隣接するソース領域12の部分の不純物濃度は高く維持されている。そのため、チャネル領域とソース領域12との境界における繋ぎ抵抗が低減される効果も得られる。また、チャネル領域に隣接するソース領域12の不純物濃度が高いため、MOS界面により多くのキャリアを供給することができ、チャネル抵抗が低減する効果も得られる。   In the MOSFET of the present embodiment, the impurity concentration of the portion of the source region 12 adjacent to the channel region is kept high. Therefore, an effect of reducing the connection resistance at the boundary between the channel region and the source region 12 is also obtained. Further, since the impurity concentration of the source region 12 adjacent to the channel region is high, more carriers can be supplied to the MOS interface, and the effect of reducing channel resistance can be obtained.

図3及び図4に示した構成では、ゲート絶縁膜30の直下にはソース狭窄部15が形成されていない。つまり、ゲート絶縁膜30は不純物濃度の高いソース領域12上に形成される。そのため、ゲート絶縁膜30を熱酸化で形成する場合に、増速酸化によってソース領域12上のゲート絶縁膜30が他の領域に比べて厚膜化する。それにより、ゲート・ソース間の容量(Cgs)が低減され、スイッチング損失が低減するという効果が得られる。   In the configuration shown in FIGS. 3 and 4, the source constriction 15 is not formed immediately below the gate insulating film 30. That is, the gate insulating film 30 is formed on the source region 12 having a high impurity concentration. Therefore, when the gate insulating film 30 is formed by thermal oxidation, the gate insulating film 30 on the source region 12 becomes thicker than other regions due to accelerated oxidation. Thereby, the capacitance (Cgs) between the gate and the source is reduced, and the effect that the switching loss is reduced is obtained.

<実施の形態2>
図17及び図18は、実施の形態2に係る炭化珪素MOSFETのユニットセルの上面模式図である。図17は四角形のユニットセルの例であり、図18は櫛形セルの例である。また、図19は、当該MOSFETのハーフユニットセルの断面構成を示す図であり、図19は、図17または図18のB1−B2断面に対応している。なお、A1−A2断面の構造は図3と同様である。
<Embodiment 2>
17 and 18 are schematic top views of unit cells of the silicon carbide MOSFET according to the second embodiment. FIG. 17 shows an example of a square unit cell, and FIG. 18 shows an example of a comb cell. FIG. 19 is a diagram showing a cross-sectional configuration of the half unit cell of the MOSFET, and FIG. 19 corresponds to the B1-B2 cross section of FIG. 17 or FIG. The structure of the A1-A2 cross section is the same as FIG.

実施の形態2のMOSFETは、実施の形態1のMOSFETのソース領域12の一部であるソース狭窄部15を、ソース領域12とは第1導電型の不純物分布が異なるソース架橋部16に置き換えたものである。つまり、本実施の形態のユニットセルでは、ソース領域12は、ウェルコンタクト領域25からチャネル領域までの間で複数(ここでは2つ)に分離されており、隣り合う2つのソース領域12が、それらの間を架橋するソース架橋部16によって部分的に接続された構成となっている。なお、ソース架橋部16の個数や位置、形状も、実施の形態1のソース狭窄部15と同様でよい。   In the MOSFET of the second embodiment, the source constriction portion 15 which is a part of the source region 12 of the MOSFET of the first embodiment is replaced with a source bridge portion 16 having a first conductivity type impurity distribution different from that of the source region 12. Is. That is, in the unit cell of the present embodiment, the source region 12 is divided into a plurality (two in this case) from the well contact region 25 to the channel region, and two adjacent source regions 12 are separated from each other. It is configured to be partially connected by a source cross-linking portion 16 that cross-links between the two. The number, position, and shape of the source bridging portion 16 may be the same as those of the source constriction portion 15 of the first embodiment.

よって、内側のソース領域12と、ソース架橋部16と、外側のソース領域12とが、ウェルコンタクト領域25とチャネル領域との間に直列に接続する。従って、ソース架橋部16は電流が流れる経路となる。   Therefore, the inner source region 12, the source bridge portion 16, and the outer source region 12 are connected in series between the well contact region 25 and the channel region. Accordingly, the source bridging portion 16 becomes a path through which current flows.

図19に示すソース架橋部16は、イオン注入によってドリフト層2の上層部(ウェル領域20の上層部)に形成されたものである。つまり、図19のソース架橋部16は、ソース領域12を形成するイオン注入工程とは別の注入マスクを用いて、第1導電型の不純物をドリフト層2にイオン注入することによって形成される。   The source bridge portion 16 shown in FIG. 19 is formed in the upper layer portion of the drift layer 2 (upper layer portion of the well region 20) by ion implantation. That is, the source bridge portion 16 in FIG. 19 is formed by ion-implanting the first conductivity type impurity into the drift layer 2 using an implantation mask different from the ion implantation step for forming the source region 12.

ソース架橋部16は、ソース領域12よりも第1導電型の不純物濃度が小さくすることが好ましい。つまり、ソース架橋部16の第1導電型の不純物濃度は、実施の形態1のソース狭窄部15のそれよりも小さくすることが好ましい。それにより、大電流発生時の発熱によりソース架橋部16の抵抗が増大する効果、並びに、寄生JFET効果によってソース架橋部16の電流経路が狭くなるという効果は、ソース狭窄部15の場合よりも顕著になる。その結果、短絡耐量が向上する効果を実施の形態1よりも高くできる。   The source bridge portion 16 preferably has a lower impurity concentration of the first conductivity type than the source region 12. In other words, it is preferable that the impurity concentration of the first conductivity type of the source bridge portion 16 is smaller than that of the source constriction portion 15 of the first embodiment. As a result, the effect of increasing the resistance of the source bridge portion 16 due to heat generation when a large current is generated and the effect of narrowing the current path of the source bridge portion 16 due to the parasitic JFET effect are more significant than in the case of the source constriction portion 15. become. As a result, the effect of improving the short-circuit tolerance can be made higher than that of the first embodiment.

図20及び図21は、実施の形態2に係るMOSFETの変形例を示す図である。図20は、当該ユニットセルの上面図であり、図21は、図20のA1−A2線に沿った断面図である。図20のB1−B2線に沿った断面は、図19と同様である。この変形例では、ソース架橋部16とソース領域12とが接する領域を拡大させている。すなわち、ソース架橋部16の一部をソース領域12とウェル領域20との境界に沿って延在させ、4箇所のソース架橋部16が互いに繋がるように形成されている。   20 and 21 are diagrams showing modifications of the MOSFET according to the second embodiment. 20 is a top view of the unit cell, and FIG. 21 is a cross-sectional view taken along line A1-A2 of FIG. A cross section taken along line B1-B2 of FIG. 20 is the same as FIG. In this modification, the region where the source bridge portion 16 and the source region 12 are in contact with each other is enlarged. That is, a part of the source bridge portion 16 extends along the boundary between the source region 12 and the well region 20, and the four source bridge portions 16 are connected to each other.

図22は、実施の形態2に係るMOSFETの他の変形例を示す断面図である。図22においては、ソース架橋部16が、ドリフト層2の表面上に形成された半導体材料もしくはセラミック材料からなる導電層により構成されている。ソース架橋部16は、隣り合う2つのソース領域12を架橋するように、2つのソース領域12とその間のウェル領域20上に跨がって形成される。ソース架橋部16の材料としては、例えば多結晶珪素や単結晶炭化珪素(エピタキシャル炭化珪素)、或いは高温(好ましくは300℃以上)での抵抗上昇効果の高いセラミック材料などが挙げられる。   FIG. 22 is a cross-sectional view showing another modification of the MOSFET according to the second embodiment. In FIG. 22, the source bridge portion 16 is constituted by a conductive layer made of a semiconductor material or a ceramic material formed on the surface of the drift layer 2. The source bridge portion 16 is formed across the two source regions 12 and the well region 20 therebetween so as to bridge two adjacent source regions 12. Examples of the material of the source bridging portion 16 include polycrystalline silicon, single crystal silicon carbide (epitaxial silicon carbide), or a ceramic material having a high resistance increasing effect at a high temperature (preferably 300 ° C. or higher).

図22のソース架橋部16は、ゲート絶縁膜30及びゲート電極35を形成する前の工程において、ドリフト層2の上に半導体材料もしくはセラミック材料を成膜し、写真製版及びエッチングの技術を用いてそれをパターニングすることで形成できる。また、ソース架橋部16は、ゲート絶縁膜30及びゲート電極35を形成した後の工程で形成してもよい。その場合は、ゲート電極35をパターニングした後に、ソース架橋部16を形成する領域のゲート絶縁膜30を除去してソース領域12及びウェル領域20の上面を露出させ、その部分に半導体材料もしくはセラミック材料のソース架橋部16を形成し、その上を層間絶縁膜32で覆うようにすればよい。   In the source bridge portion 16 of FIG. 22, a semiconductor material or a ceramic material is formed on the drift layer 2 in a step before the gate insulating film 30 and the gate electrode 35 are formed, and photolithography and etching techniques are used. It can be formed by patterning it. Further, the source bridge portion 16 may be formed in a step after the gate insulating film 30 and the gate electrode 35 are formed. In that case, after patterning the gate electrode 35, the gate insulating film 30 in the region where the source bridge portion 16 is formed is removed to expose the upper surfaces of the source region 12 and the well region 20, and a semiconductor material or a ceramic material is formed in that portion. The source bridge portion 16 may be formed and covered with the interlayer insulating film 32.

図22の構成においても、図19の場合と同様の効果が得られる。また、ソース架橋部16が単結晶炭化珪素からなる場合、図23及び図24に示すように、ソース架橋部16の一部がチャネル領域上を覆うようにしてもよい(図23は、ユニットセルの上面図であり、図24はそのB1−B2断面を示している)。それにより、チャネル領域上に、イオン注入損傷のない単結晶炭化珪素による高品質なMOS界面が形成される。   Also in the configuration of FIG. 22, the same effect as in the case of FIG. 19 is obtained. When the source bridge portion 16 is made of single crystal silicon carbide, a part of the source bridge portion 16 may cover the channel region as shown in FIGS. 23 and 24 (FIG. 23 shows a unit cell). FIG. 24 shows a B1-B2 cross section thereof). Thereby, a high-quality MOS interface made of single-crystal silicon carbide without ion implantation damage is formed on the channel region.

実施の形態2のように、ソース領域12を複数に分割し、ソース領域12とは別の工程で形成されたソース架橋部16によってそれらを繋ぐことで、実施の形態1と同様の効果が得られる。すなわち、定格動作時の温度範囲ではソース架橋部16が低シート抵抗となることでオン抵抗の増大を抑制する。一方、短絡などによる大電流発生時には、ソース架橋部16が発熱して高シート抵抗となり、オン抵抗を上昇させて過電流が抑制される。また、大電流発生時には、ソース架橋部16に生じる電圧降下によって実効的なゲート電圧を低くなり、過電流がさらに抑制される。その結果、素子破壊に至るまでの時間を延ばすことができ、短絡耐量が向上する。   As in the second embodiment, the source region 12 is divided into a plurality of parts and connected by the source bridge portion 16 formed in a process different from the source region 12, thereby obtaining the same effect as in the first embodiment. It is done. That is, in the temperature range during rated operation, the source bridge portion 16 has a low sheet resistance, thereby suppressing an increase in on-resistance. On the other hand, when a large current is generated due to a short circuit or the like, the source bridging portion 16 generates heat to have a high sheet resistance, and the on-resistance is increased to suppress overcurrent. In addition, when a large current is generated, an effective gate voltage is lowered due to a voltage drop generated in the source bridging portion 16, and the overcurrent is further suppressed. As a result, it is possible to extend the time until the device is destroyed, and the short circuit resistance is improved.

本実施の形態では、ソース領域12が2つ形成される構成としたが、ソース領域12を3つ以上形成してもよい。その場合、3つ以上のソース領域12の間のそれぞれを、ソース架橋部16で部分的に接続させる。そして、ソース架橋部16が電流の経路となるように、ソース領域12とソース架橋部16を、ソースオーミック電極40とチャネル領域との間に直列に接続する。   In the present embodiment, two source regions 12 are formed. However, three or more source regions 12 may be formed. In that case, each of the three or more source regions 12 is partially connected by the source bridge portion 16. The source region 12 and the source bridge portion 16 are connected in series between the source ohmic electrode 40 and the channel region so that the source bridge portion 16 serves as a current path.

<実施の形態3>
図25〜図27は、実施の形態3に係る炭化珪素MOSFETのユニットセルの構成を示す図である。図25は、当該ユニットセルの平面図であり、図26は、ソース狭窄部15を含まない部分のハーフユニットセルの断面図(図25のA1−A2断面)、図27は、ソース狭窄部15を含む部分のハーフユニットセルの断面図(図25のB1−B2断面)である。
<Embodiment 3>
25 to 27 are diagrams showing a configuration of a unit cell of the silicon carbide MOSFET according to the third embodiment. FIG. 25 is a plan view of the unit cell, FIG. 26 is a cross-sectional view of the half unit cell that does not include the source constriction portion 15 (A1-A2 cross section in FIG. 25), and FIG. It is sectional drawing (B1-B2 cross section of FIG. 25) of the half unit cell of the part containing this.

図25〜図27に示すように、実施の形態3では、ソース領域12のソース狭窄部15がソースオーミック電極40にまで延在した構成となっている。なお、図25においては、ウェルコンタクト領域25を、ソース狭窄部15によって分割される形状としたが、ウェルコンタクト領域25は分割されずに一体的に形成されていてもよい。   As shown in FIGS. 25 to 27, in the third embodiment, the source constriction 15 of the source region 12 extends to the source ohmic electrode 40. In FIG. 25, the well contact region 25 is divided by the source constriction portion 15. However, the well contact region 25 may be integrally formed without being divided.

本実施の形態によれば、ユニットセルの面積を大きくすることなく(複数のユニットセルのピッチを大きくすることなく)、ソース狭窄部15を長くして、ソース狭窄部15の抵抗を大きくすることができる。この場合、定格動作時のオン抵抗は大きくなるが、それ以上に、大電流発生時におけるオン抵抗上昇の効果及び実効的ゲート電圧の低減効果を高めて短絡耐量を増加させる必要がある場合に効果的である。   According to the present embodiment, the source constriction portion 15 is lengthened and the resistance of the source constriction portion 15 is increased without increasing the area of the unit cell (without increasing the pitch of the plurality of unit cells). Can do. In this case, the on-resistance during rated operation increases, but it is more effective if the short-circuit withstand capability must be increased by increasing the effect of increasing the on-resistance and reducing the effective gate voltage when a large current is generated. Is.

実施の形態3は、実施の形態2に対しても適用可能である。すなわち、ソース領域12とは別工程で形成したソース架橋部16を、ソースオーミック電極40にまで延在させればよい。この場合、ソース架橋部16は、ソースオーミック電極40とソース領域12との間を接続することになる。   The third embodiment can also be applied to the second embodiment. In other words, the source bridge portion 16 formed in a separate process from the source region 12 may be extended to the source ohmic electrode 40. In this case, the source bridge portion 16 connects between the source ohmic electrode 40 and the source region 12.

<実施の形態4>
実施の形態1〜3では、平面型のMOSFETの例を示したが、本発明はトレンチ型のMOSFETに対しても適用可能である。図28及び図29は、実施の形態1のソース狭窄部15をトレンチ型のMOSFETに設けた場合の構成例を示す図である。図28は、ソース狭窄部15を含まない部分のハーフユニットセルの断面図であり、図29は、ソース狭窄部15を含む部分のハーフユニットセルの断面図である。
<Embodiment 4>
In the first to third embodiments, an example of a planar MOSFET has been described, but the present invention can also be applied to a trench MOSFET. FIG. 28 and FIG. 29 are diagrams showing a configuration example when the source constriction portion 15 of the first embodiment is provided in a trench type MOSFET. FIG. 28 is a cross-sectional view of a half unit cell in a portion not including the source constriction portion 15, and FIG. 29 is a cross-sectional view of a half unit cell in a portion including the source constriction portion 15.

図28及び図29のように、トレンチ型のMOSFETでは、ドリフト層2にソース領域12及びウェル領域20を貫通するトレンチが形成され、そのトレンチ内にゲート絶縁膜30及びゲート電極35が形成され、トレンチの側壁に露出したウェル領域20の部分がチャネル領域となる。図28及び図29の例においては、ソース狭窄部15はドリフト層2の上面部分に形成されている。   As shown in FIGS. 28 and 29, in the trench MOSFET, a trench penetrating the source region 12 and the well region 20 is formed in the drift layer 2, and a gate insulating film 30 and a gate electrode 35 are formed in the trench. A portion of the well region 20 exposed on the side wall of the trench becomes a channel region. In the example of FIGS. 28 and 29, the source constriction 15 is formed on the upper surface portion of the drift layer 2.

図30及び図31は、実施の形態1のソース狭窄部15をトレンチ型のMOSFETに設けた場合の他の構成例を示す図である。図30は、ソース狭窄部15を含まない部分のハーフユニットセルの断面図であり、図31は、ソース狭窄部15を含む部分のハーフユニットセルの断面図である。図30及び図31の例においては、ソース狭窄部15はトレンチの内壁部分に形成されている。   30 and 31 are diagrams showing another configuration example when the source constriction portion 15 of the first embodiment is provided in a trench MOSFET. 30 is a cross-sectional view of a half unit cell in a portion not including the source constriction portion 15, and FIG. 31 is a cross-sectional view of a half unit cell in a portion including the source constriction portion 15. In the example of FIGS. 30 and 31, the source constriction 15 is formed in the inner wall portion of the trench.

ここでは、実施の形態1のソース狭窄部15をトレンチ型のMOSFETに設けた例を示したが、実施の形態2のソース架橋部16を適用してもよい。すなわち、図28〜図31の構成に対し、ソース狭窄部15に代えて、ソース領域12とは別の工程で形成されるソース架橋部16を設けてもよい。実施の形態3を適用し、ソース狭窄部15またはソース架橋部16をソースオーミック電極40にまで延在させてもよい。   Here, an example in which the source constriction portion 15 of the first embodiment is provided in a trench type MOSFET has been shown, but the source bridge portion 16 of the second embodiment may be applied. That is, in the configuration of FIGS. 28 to 31, the source bridge portion 16 formed in a process different from the source region 12 may be provided instead of the source constriction portion 15. The third embodiment may be applied to extend the source constriction portion 15 or the source bridge portion 16 to the source ohmic electrode 40.

また、実施の形態1〜3では縦型のMOSFETについて説明したが、本発明は、横型のMOSFET、例えばRESURF(REduced SURface Field)構造のMOSFETにも適用可能である。   Although the vertical MOSFETs have been described in the first to third embodiments, the present invention can also be applied to a lateral MOSFET, for example, a RESURF (REduced SURface Field) structure MOSFET.

<実施の形態5>
図32は、実施の形態5に係る炭化珪素MOSFETのユニットセルの構成を示す平面図である。
<Embodiment 5>
FIG. 32 is a plan view showing a configuration of a unit cell of the silicon carbide MOSFET according to the fifth embodiment.

実施の形態1のMOSFETでは、ソースオーミック電極40からソース領域12を通って炭化珪素MOSFETのチャネルに至る連続した最短距離の電流経路の中にソース狭窄部15が一箇所だけ形成されていたが、実施の形態5のMOSFETでは、ソースオーミック電極40からソース領域12を通って炭化珪素MOSFETのチャネルに至る連続した最短距離の電流経路の中に複数のソース狭窄部15が直列に形成されている。その他の点は、実施の形態1と同様であるので、詳しい説明は省略する。   In the MOSFET of the first embodiment, only one source constriction 15 is formed in the current path of the shortest continuous distance from the source ohmic electrode 40 through the source region 12 to the channel of the silicon carbide MOSFET. In the MOSFET of the fifth embodiment, a plurality of source confinement portions 15 are formed in series in the current path of the shortest continuous distance from the source ohmic electrode 40 through the source region 12 to the channel of the silicon carbide MOSFET. Since other points are the same as those of the first embodiment, detailed description thereof is omitted.

図32に示すユニットセルでは、ソース領域12の中のソースオーミック電極40より外側の領域の内側と外側の二重にソース狭窄部15を残して一周するようにウェル領域20が形成されている。ここで、ソースオーミック電極40に近い内側のソース狭窄部15をコーナー部に設け、チャネル領域に近い外側のソース狭窄部15を辺の中央付近に形成している。   In the unit cell shown in FIG. 32, the well region 20 is formed so as to make a round with the source constriction 15 left in the inside and outside of the source region 12 outside the source ohmic electrode 40. Here, the inner source constriction 15 near the source ohmic electrode 40 is provided at the corner, and the outer source constriction 15 near the channel region is formed near the center of the side.

このように、本実施の形態の炭化珪素MOSFETは、電流経路の中に直列に複数のソース狭窄部15を設けることにより、発熱箇所を増加させることができ、短絡時などの過度の電流が流れたときにソース狭窄部15での電流狭窄による発熱とこれによる抵抗増加を大きくすることができる。そのため、短絡耐量をさらに向上できる。   Thus, the silicon carbide MOSFET of the present embodiment can increase the number of heat generation points by providing a plurality of source constriction portions 15 in series in the current path, and an excessive current flows during a short circuit or the like. When this occurs, heat generation due to current confinement in the source constriction portion 15 and increase in resistance due to this can be increased. Therefore, the short circuit tolerance can be further improved.

また、図32に示したように、電流経路上で、ソース狭窄部15を位置が直線的に並ばないようにずらして配置することにより、ソースオーミック電極40からソース領域12までの電流経路を長くすることができる。このような配置により、過度の電流が流れたときのソース狭窄部15での電流狭窄による発熱とこの発熱による抵抗増加の効果がより著しくなり、短絡耐量をより向上できる。   Further, as shown in FIG. 32, the current constriction 15 is shifted on the current path so that the positions thereof are not aligned linearly, thereby extending the current path from the source ohmic electrode 40 to the source region 12. can do. With such an arrangement, the heat generation due to the current confinement in the source confinement portion 15 when an excessive current flows and the effect of increasing the resistance due to this heat generation become more significant, and the short-circuit resistance can be further improved.

なお、ソース領域12中のウェル領域20の配置は、他の配置であってもよい。例えば、図33はその例を示すユニットセルの上面模式図である。図33のユニットセルでは、図32のユニットセルと異なり、ソースオーミック電極40に近い内側のソース狭窄部15を辺の中央付近に設け、チャネル領域に近い外側のソース狭窄部15をコーナー部に形成している。   The arrangement of the well region 20 in the source region 12 may be another arrangement. For example, FIG. 33 is a schematic top view of a unit cell showing an example thereof. In the unit cell of FIG. 33, unlike the unit cell of FIG. 32, the inner source constriction 15 near the source ohmic electrode 40 is provided near the center of the side, and the outer source constriction 15 near the channel region is formed at the corner. doing.

このように、ソース狭窄部15の位置やその数は、図32および図33に示したものに限らず多種多様なものが想定できるが、好ましくは、ユニットセルの中心に対して点対称の位置にソース狭窄部15を設けることが、電流分布及び発熱分布を平準化させ、電流アンバランスによる発熱分布増大とそれによる素子劣化を少なくできる点で望ましい。   As described above, the position and the number of the source constriction portions 15 are not limited to those shown in FIGS. 32 and 33, but can be assumed to be various, but preferably, the positions are point-symmetric with respect to the center of the unit cell. It is desirable to provide the source constriction portion 15 at the point that the current distribution and the heat generation distribution are leveled, and the increase in the heat generation distribution due to the current imbalance and the resulting element degradation can be reduced.

なお、ユニットセルが櫛型セルであっても、ソースオーミック電極40からソース領域12を通って炭化珪素MOSFETのチャネルに至る連続した最短距離の電流経路の中にソース狭窄部15が直列に複数箇所形成されていれば、同様の効果を奏する。   Even if the unit cell is a comb cell, a plurality of source confinement portions 15 are connected in series in the shortest continuous current path from the source ohmic electrode 40 through the source region 12 to the channel of the silicon carbide MOSFET. If it is formed, the same effect is obtained.

なお、本実施の形態におけるソース狭窄部15は、実施の形態2で説明したソース架橋部16と読み替えてもよい。   Note that the source constriction portion 15 in the present embodiment may be read as the source bridging portion 16 described in the second embodiment.

<実施の形態6>
図34は、実施の形態6に係る炭化珪素MOSFETのハーフユニットセルの断面構成を示す図である。
<Embodiment 6>
FIG. 34 shows a cross-sectional configuration of the half unit cell of the silicon carbide MOSFET according to the sixth embodiment.

実施の形態1のMOSFETでは、ウェル領域20をソース領域12の間に形成することにより電流を狭窄していたが、実施の形態6のMOSFETでは、ウェル領域20の代わりに、ソース領域12の第1導電型の不純物濃度以上の第2導電型の不純物イオンを注入して形成した第2導電型の打ち返し注入領域28をソース領域12中に設けることにより電流阻止領域を形成して電流を狭窄している。その他の点は、実施の形態1と同様であるので、詳しい説明は省略する。   In the MOSFET of the first embodiment, the current is confined by forming the well region 20 between the source regions 12. However, in the MOSFET of the sixth embodiment, the first region of the source region 12 is used instead of the well region 20. By providing a second conductivity type back-injection region 28 formed by implanting a second conductivity type impurity ion having an impurity concentration of one conductivity type or more in the source region 12, a current blocking region is formed to confine the current. ing. Since other points are the same as those of the first embodiment, detailed description thereof is omitted.

打ち返し注入領域28の形成は、ゲート絶縁膜30形成前に写真製版などによりパターニングしたレジストなどをマスクとして、該当部に第2導電型不純物をソース領域12より深く注入することで行なう。すなわち、図13の工程後に、ソース狭窄部15を設置せずにソース領域12を形成した後に、所望の領域に打ち返し注入領域28(電流阻止領域)を形成する。不純物としてはアルミニュームや硼素が好適であるが、打ち返し注入領域28を半絶縁性にする目的でAr等の希ガス元素を用いてもよい。また、打ち返し注入領域28形成のイオン注入は、ウェルコンタクト領域25形成と同時でもよい。この場合、注入マスク数を増加させることなく、打ち返し注入領域28を形成できる。   The repetitive implantation region 28 is formed by implanting a second conductivity type impurity deeper than the source region 12 into a corresponding portion using a resist patterned by photolithography before forming the gate insulating film 30 as a mask. That is, after the step of FIG. 13, the source region 12 is formed without providing the source constriction portion 15, and then the back injection region 28 (current blocking region) is formed in a desired region. Aluminum or boron is suitable as the impurity, but a rare gas element such as Ar may be used for the purpose of making the back-injection region 28 semi-insulating. Further, the ion implantation for forming the implantation implantation region 28 may be performed simultaneously with the formation of the well contact region 25. In this case, the repetitive implantation region 28 can be formed without increasing the number of implantation masks.

本実施の形態のMOSFETによれば、第1導電型(n型)のソース領域12が形成されている深さ領域に対して、第2導電型(p型)の打ち返し注入領域28を形成することによって、ソースオーミック電極40からソース領域12を通って炭化珪素MOSFETのチャネルに至る電流経路の抵抗を増大させることができる。   According to the MOSFET of the present embodiment, the second conductivity type (p type) repetitive implantation region 28 is formed in the depth region in which the first conductivity type (n type) source region 12 is formed. As a result, the resistance of the current path from the source ohmic electrode 40 through the source region 12 to the channel of the silicon carbide MOSFET can be increased.

このようにすることで、ウェル領域20と打ち返し注入領域28の不純物濃度を独立に制御できるため、MOSFETの特性に大きく影響を与えることなくソース狭窄部15への電流集中効果を高めて、大電流通流時の抵抗増大による短絡耐量増大を図ることができる。   By doing so, since the impurity concentration of the well region 20 and the repetitive implantation region 28 can be controlled independently, the current concentration effect on the source constriction 15 is enhanced without greatly affecting the characteristics of the MOSFET, and a large current Short circuit withstand capability can be increased by increasing resistance during current flow.

図35は、実施の形態6に係る炭化珪素MOSFETの変更例のハーフユニットセルの断面構成を示す図である。電流を狭窄するために、図35のMOSFETのように、ソース領域12中にエッチング領域50を設けることによって、電流阻止領域を形成してもよい。ソース領域12中にソース領域12より深くエッチング領域50を設けることによっても、電流を狭窄することができる。なお、エッチング領域50の深さを変化させることによっても、電流経路の抵抗を変化させることができる。   FIG. 35 is a diagram showing a cross-sectional configuration of a half unit cell of a modified example of the silicon carbide MOSFET according to the sixth embodiment. In order to confine the current, a current blocking region may be formed by providing an etching region 50 in the source region 12 as in the MOSFET of FIG. Providing the etching region 50 deeper than the source region 12 in the source region 12 can also narrow the current. Note that the resistance of the current path can also be changed by changing the depth of the etching region 50.

なお、本実施の形態におけるソース狭窄部15も、実施の形態2で説明したソース架橋部16と読み替えてもよい。   Note that the source constriction portion 15 in the present embodiment may also be read as the source bridging portion 16 described in the second embodiment.

以上の説明では、本発明を適用した半導体素子の例として、炭化珪素MOSFETを示したが、半導体素子の材料は炭化珪素以外でもよいし、半導体素子はMOSFET以外でもよい。本発明が適用されるMOFET以外の素子としては、例えばゲート絶縁膜を用いない構造のJFETや、半導体基板1の導電型を第2導電型に変更した構造を持つIGBTがある。   In the above description, silicon carbide MOSFET is shown as an example of the semiconductor element to which the present invention is applied. However, the material of the semiconductor element may be other than silicon carbide, and the semiconductor element may be other than MOSFET. As elements other than the MOFET to which the present invention is applied, there are, for example, a JFET having a structure not using a gate insulating film, and an IGBT having a structure in which the conductivity type of the semiconductor substrate 1 is changed to the second conductivity type.

IGBTにおいては、ソース領域12は「エミッタ領域」、ウェル領域20は「ベース領域」、半導体基板1は「コレクタ領域」となる。エミッタ領域(ソース領域)内に、高抵抗な狭窄部または架橋部を設けることにより、エミッタ抵抗を高くすることができるため、エミッタ領域、ベース領域及びドリフト層からなる寄生トランジスタにおける電流利得を小さくすることができ、その結果、IGBTの寄生サイリスタが動作することによるラッチアップを防止できるという効果も得られる。   In the IGBT, the source region 12 is an “emitter region”, the well region 20 is a “base region”, and the semiconductor substrate 1 is a “collector region”. Since the emitter resistance can be increased by providing a high-resistance constriction or bridge in the emitter region (source region), the current gain in the parasitic transistor including the emitter region, the base region, and the drift layer is reduced. As a result, it is possible to prevent latch-up caused by the operation of the IGBT parasitic thyristor.

なお、実施の形態1〜6に示した半導体装置の構造から得られる効果は、その構造を有する限り、他の製造方法で形成されたとしても同様に得られる。   Note that the effects obtained from the structure of the semiconductor device described in any of Embodiments 1 to 6 can be obtained in the same manner even if formed by other manufacturing methods as long as the structure is provided.

また、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。   Further, within the scope of the invention, the present invention can be freely combined with each other, or can be appropriately modified or omitted.

1 半導体基板、2 ドリフト層、5 チップ、7 能動領域、11 JFET領域、12 ソース領域、15 ソース狭窄部、16 ソース架橋部、20 ウェル領域、25 ウェルコンタクト領域、28 打ち返し注入領域、30 ゲート絶縁膜、32 層間絶縁膜、35 ゲート電極、40 ソースオーミック電極、41 ソースパッド、42 裏面オーミック電極、43 ドレイン電極、44 ゲート配線、45 ゲートパッド、50 エッチング領域。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate, 2 drift layer, 5 chip | tip, 7 active area | region, 11 JFET area | region, 12 source area | region, 15 source | sauce constriction part, 16 source bridge | crosslinking part, 20 well area | region, 25 well contact area | region, 28 strike back injection area | region, 30 gate insulation Film, 32 interlayer insulating film, 35 gate electrode, 40 source ohmic electrode, 41 source pad, 42 backside ohmic electrode, 43 drain electrode, 44 gate wiring, 45 gate pad, 50 etching region.

Claims (21)

半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された第1導電型のドリフト層と、
前記ドリフト層の表層部に形成された第2導電型のウェル領域と、
前記ウェル領域内に形成され、平面視で一部が狭窄された形状の第1導電型のソース領域と、
前記ドリフト層上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成され、前記ウェル領域及び前記ソース領域の上方に延在するゲート電極と、
前記ウェル領域における前記ゲート電極の下方の部分であるチャネル領域と、
前記ソース領域に接続されたソース電極と
を含む半導体素子を備え、
前記ソース領域の狭窄された部分であるソース狭窄部は、前記チャネル領域および前記ソース電極から離間して設けられ、前記ソース狭窄部の上には絶縁膜が形成されている
ことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate;
A first conductivity type drift layer formed on the semiconductor substrate;
A second conductivity type well region formed in a surface layer portion of the drift layer;
A source region of a first conductivity type formed in the well region and partially narrowed in plan view;
A gate insulating film formed on the drift layer;
A gate electrode formed on the gate insulating film and extending above the well region and the source region;
A channel region which is a portion below the gate electrode in the well region;
A semiconductor element including a source electrode connected to the source region;
A source constriction portion, which is a constricted portion of the source region, is provided apart from the channel region and the source electrode , and an insulating film is formed on the source constriction portion. A featured semiconductor device.
前記ソース領域の前記ソース狭窄部は、前記ソース領域の他の部分と同じ第1導電型の不純物濃度分布を有している
請求項1に記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the source constriction portion of the source region has the same first conductivity type impurity concentration distribution as other portions of the source region.
前記ソース狭窄部は、複数設けられており、前記半導体素子のユニットセルの中心に対して点対称となる位置にそれぞれ配置されている
請求項1または請求項2に記載の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein a plurality of the source constriction portions are provided and are respectively arranged at positions that are point-symmetric with respect to the center of the unit cell of the semiconductor element.
前記半導体素子のユニットセルは櫛形セルであり、
前記ソース狭窄部は、複数設けられており、前記ソース電極に近いものほど狭い幅で形成されている
請求項1または請求項2に記載の半導体装置。
The unit cell of the semiconductor element is a comb cell,
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein a plurality of the source constriction portions are provided, and the closer to the source electrode, the narrower the width.
前記半導体素子のユニットセルは櫛形セルであり、
前記ソース狭窄部は、複数設けられており、前記ソース電極に近いものほど大きな長さで形成されている
請求項1、請求項2及び請求項4のうちのいずれか一項に記載の半導体装置。
The unit cell of the semiconductor element is a comb cell,
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein a plurality of the source constriction portions are provided, and a length closer to the source electrode is formed with a larger length. 6. .
前記ソース狭窄部は、前記ゲート電極で覆われない位置に配設されている
請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1, wherein the source constriction portion is disposed at a position not covered with the gate electrode.
前記ソース電極から前記ソース領域を通って前記チャネル領域に至る連続した経路中に、複数の前記ソース狭窄部が直列に形成されている
請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の半導体装置。
7. The semiconductor according to claim 1, wherein a plurality of the source constriction portions are formed in series in a continuous path from the source electrode through the source region to the channel region. apparatus.
前記ソース狭窄部は、前記ソース領域に第2導電型不純物または希ガス元素を注入することによって電流を阻止する領域を設けて形成される
請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の半導体装置。
The said source confinement part is formed by providing the area | region which interrupts | blocks an electric current by inject | pouring a 2nd conductivity type impurity or a noble gas element into the said source region. Semiconductor device.
前記ソース狭窄部は、前記ソース領域を部分的にエッチングすることによって電流を阻止する領域を設けて形成される
請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の半導体装置。
8. The semiconductor device according to claim 1, wherein the source constriction part is formed by providing a region for blocking current by partially etching the source region. 9.
半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された第1導電型のドリフト層と、
前記ドリフト層の表層部に形成された第2導電型のウェル領域と、
前記ウェル領域内に形成された複数の第1導電型のソース領域と、
複数の前記ソース領域の間を部分的に架橋する第1導電型のソース架橋部と、
前記ドリフト層上に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成され、前記ウェル領域及び前記ソース領域の上方に延在するゲート電極と、
前記ウェル領域における前記ゲート電極の下方の部分であるチャネル領域と、
前記ソース領域に接続されたソース電極と
を含む半導体素子を備え、
前記複数のソース領域及び前記ソース架橋部は、前記ソース電極と前記チャネル領域との間に直列に接続されており、
前記ソース架橋部は、前記チャネル領域および前記ソース電極から離間しており、前記ソース架橋部の上には絶縁膜が形成されている
とを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate;
A first conductivity type drift layer formed on the semiconductor substrate;
A second conductivity type well region formed in a surface layer portion of the drift layer;
A plurality of first conductivity type source regions formed in the well region;
A source bridge portion of a first conductivity type that partially bridges between the plurality of source regions;
A gate insulating film formed on the drift layer;
A gate electrode formed on the gate insulating film and extending above the well region and the source region;
A channel region which is a portion below the gate electrode in the well region;
A semiconductor element including a source electrode connected to the source region;
The plurality of source regions and the source bridge portion are connected in series between the source electrode and the channel region ,
The source bridge portion is separated from the channel region and the source electrode, and an insulating film is formed on the source bridge portion.
Semiconductor device comprising a call.
前記ソース架橋部における第1導電型の不純物濃度は、前記ソース領域における第1導電型の不純物濃度よりも小さい
請求項10に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 10, wherein an impurity concentration of the first conductivity type in the source bridge portion is smaller than an impurity concentration of the first conductivity type in the source region.
前記ソース架橋部は、複数設けられており、前記半導体素子のユニットセルの中心に対して点対称となる位置にそれぞれ配置されている
請求項10または請求項11に記載の半導体装置。
12. The semiconductor device according to claim 10, wherein a plurality of the source bridging portions are provided and are arranged at positions that are point-symmetric with respect to the center of the unit cell of the semiconductor element.
前記半導体素子のユニットセルは櫛形セルであり、
前記ソース架橋部は、複数設けられており、前記ソース電極に近いものほど狭い幅で形成されている
請求項10または請求項11に記載の半導体装置。
The unit cell of the semiconductor element is a comb cell,
The semiconductor device according to claim 10, wherein a plurality of the source bridging portions are provided, and the closer to the source electrode, the narrower the width.
前記半導体素子のユニットセルは櫛形セルであり、
前記ソース架橋部は、複数設けられており、前記ソース電極に近いものほど大きな長さで形成されている
請求項10、請求項11及び請求項13のうちのいずれか一項に記載の半導体装置。
The unit cell of the semiconductor element is a comb cell,
14. The semiconductor device according to claim 10, wherein a plurality of the source bridging portions are provided, and the source bridge portion is formed to have a larger length as it is closer to the source electrode. .
前記ソース架橋部は、前記ゲート電極で覆われない位置に配設されている
請求項10から請求項14のいずれか一項に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 10, wherein the source bridge portion is disposed at a position not covered with the gate electrode.
前記ソース架橋部は、第1導電型の単結晶炭化珪素である
請求項10から請求項15のいずれか一項に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 10 to 15, wherein the source bridge portion is a first conductivity type single crystal silicon carbide.
前記ソース架橋部は、前記チャネル領域上まで延在している
請求項16に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 16, wherein the source bridge portion extends to the channel region.
前記ソース電極から前記ソース領域を通って前記チャネル領域に至る連続した経路中に、複数の前記ソース架橋部が直列に形成されている
請求項10から請求項17のいずれか一項に記載の半導体装置。
18. The semiconductor according to claim 10, wherein a plurality of the source bridge portions are formed in series in a continuous path from the source electrode through the source region to the channel region. apparatus.
前記ソース架橋部は、前記ソース領域に第2導電型不純物または希ガス元素を注入することによって電流を阻止する領域を設けて形成される
請求項10から請求項18のいずれか一項に記載の半導体装置。
The said source bridge | crosslinking part is formed by providing the area | region which interrupts | blocks an electric current by inject | pouring a 2nd conductivity type impurity or a noble gas element into the said source | sauce area | region. Semiconductor device.
前記ソース架橋部は、前記ソース領域を部分的にエッチングすることによって電流を阻止する領域を設けて形成される
請求項10から請求項18のいずれか一項に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 10 to 18, wherein the source bridge portion is formed by providing a region for blocking current by partially etching the source region.
前記半導体基板は、炭化珪素で形成されている
請求項1から請求項20のいずれか一項に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 20, wherein the semiconductor substrate is formed of silicon carbide.
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