JP6546844B2 - Silicon carbide switching element, power module and power converter - Google Patents
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Description
本発明は、炭化珪素スイッチング素子、パワーモジュールおよび電力変換装置に関する。 The present invention relates to a silicon carbide switching element, a power module and a power converter.
本技術分野の背景技術として、特開2008−004872号公報(特許文献1)がある。この公報には、JFET領域が、第1の深さ位置から第1の深さ位置よりも浅い第2の深さ位置まで配置された第2の部分と、第2の深さ位置から主面まで配置された第3の部分とに分かれた炭化珪素半導体装置が記載されている。そして、第3の部分が有する第3の不純物濃度を、第2の部分が有する第2の不純物濃度未満とし、ボディ領域の不純物の濃度ピークの深さ位置を、第1の深さ位置よりも浅く第2の深さ位置よりも深くすることにより、高い耐圧と低いオン抵抗とを得ている。 DESCRIPTION OF RELATED ART As background art of this technical field, there exists Unexamined-Japanese-Patent No. 2008-004872 (patent document 1). In this publication, a second portion in which a JFET region is disposed from a first depth position to a second depth position shallower than the first depth position, and a second depth position to a main surface A silicon carbide semiconductor device is described which is divided into a third part arranged up to the top. The third impurity concentration of the third portion is less than the second impurity concentration of the second portion, and the depth position of the impurity concentration peak in the body region is greater than the first depth position. By making shallow and deeper than the second depth position, high withstand voltage and low on-resistance are obtained.
炭化珪素(SiC)は、珪素(Si)と比べて絶縁破壊電界強度が1桁程度大きいという特徴がある。このため、炭化珪素スイッチング素子は、導通時の抵抗が低減できることから、次世代のパワーデバイスとして有望視され、ダイオードおよびトランジスタなど様々な構造のパワーデバイスの研究開発が行われている。特に、炭化珪素スイッチング素子を構成する単位セルとして、プレーナ型のDMOS(Double Diffused Metal Oxide Semiconductor)構造のMOSFET(以下、DMOSFETと記す。)は、高耐圧、低損失および高速スイッチングが理論的に可能であることから、DMOSFETの研究開発が盛んに行なわれている。 Silicon carbide (SiC) is characterized in that the dielectric breakdown electric field strength is about one digit larger than silicon (Si). For this reason, since the resistance at the time of conduction can be reduced, silicon carbide switching elements are considered promising as next-generation power devices, and research and development of power devices of various structures such as diodes and transistors are being conducted. In particular, a MOSFET of a planar DMOS (Double Diffused Metal Oxide Semiconductor) structure (hereinafter referred to as a DMOSFET) having high breakdown voltage, low loss, and high speed switching is theoretically possible as a unit cell constituting a silicon carbide switching element. Because of this, research and development of DMOSFETs are actively conducted.
しかし、炭化珪素(SiC)は珪素(Si)に比べて高い絶縁破壊電界強度を有するが、DMOSFETのゲート絶縁膜には酸化珪素(SiO2)膜、窒化珪素(Si3N4)膜または酸化アルミニウム(Al2O3)膜などが用いられることが多く、ゲート絶縁膜にかかる電界が問題となる。特に、炭化珪素スイッチング素子には大電流および高耐圧が求められるため、DMOSFETでは、ゲート電極の端部への電界集中により生じるリーク電流を低減することが重要な課題となっている。 However, silicon carbide (SiC) has higher dielectric breakdown field strength than silicon (Si), but a silicon oxide (SiO 2 ) film, silicon nitride (Si 3 N 4 ) film or oxide is used as the gate insulating film of DMOSFET An aluminum (Al 2 O 3 ) film or the like is often used, and the electric field applied to the gate insulating film becomes a problem. In particular, since a silicon carbide switching element is required to have a large current and a high breakdown voltage, in the DMOSFET, it is important to reduce the leakage current generated by the concentration of the electric field at the end of the gate electrode.
上記課題を解決するために、本発明によるDMOSFETは、n+型SiC基板と、n+型SiC基板上に形成されたn−型エピタキシャル層と、n−型エピタキシャル層内に形成された複数のp型ボディ領域と、互いに隣り合うp型ボディ領域に挟まれたJFET領域と、p型ボディ領域の端部側面と離間してp型ボディ領域内に形成されたn+型ソース領域とを備える。さらに、p型ボディ領域の端部側面とn+型ソース領域の端部側面との間のp型ボディ領域の表層部に形成されたチャネル領域と、n+型ソース領域上に形成された第1絶縁膜と、JFET領域上、チャネル領域上および第1絶縁膜上に形成されたゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極とを備える。そして、第1絶縁膜のチャネル領域側の端部は、n+型ソース領域からチャネル領域に向かう方向に従って第1絶縁膜の厚さが薄くなる、傾斜面を有する。そして、第1絶縁膜の傾斜面上に形成されたゲート絶縁膜の第1の上面と、チャネル領域上に形成されたゲート絶縁膜の第2の上面とは、ゲート絶縁膜の第3の上面により繋がっており、第3の上面は曲面を含み、その曲面上の曲線は曲率半径を有する。 In order to solve the above problems, DMOSFET according to the present invention, and the n + -type SiC substrate, n + -type SiC substrate which is formed on n - -type epitaxial layer, n - -type epitaxial within a plurality of formed layer A p-type body region, a JFET region sandwiched between adjacent p-type body regions, and an n + -type source region formed in the p-type body region at a distance from an end side surface of the p-type body region . Further, a p-type channel region formed in a surface portion of the body region between the end side of the side surface and the n + -type source region of the p-type body region, the formed n + -type source region And a gate insulating film formed on the JFET region, the channel region, and the first insulating film, and a gate electrode formed on the gate insulating film. The end of the first insulating film on the channel region side has an inclined surface in which the thickness of the first insulating film decreases in the direction from the n + -type source region to the channel region. The first upper surface of the gate insulating film formed on the inclined surface of the first insulating film and the second upper surface of the gate insulating film formed on the channel region are the third upper surface of the gate insulating film. The third upper surface includes a curved surface, and the curved surface on the curved surface has a radius of curvature.
本発明によれば、高耐圧の炭化珪素スイッチング素子を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a silicon carbide switching device with high withstand voltage.
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。 Problems, configurations, and effects other than those described above will be apparent from the description of the embodiments below.
以下の実施の形態において、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。 In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, it will be described by dividing into a plurality of sections or embodiments, but unless specifically stated otherwise, they are not unrelated to each other, one is the other And some or all of the variations, details, and supplementary explanations.
また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。 Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), it is particularly pronounced and clearly limited to a specific number in principle. It is not limited to the specific number except for the number, and may be more or less than the specific number.
また、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。 Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily essential except in the case where they are particularly clearly shown and where they are considered to be obviously essential in principle. Needless to say.
また、「Aからなる」、「Aよりなる」、「Aを有する」、「Aを含む」と言うときは、特にその要素のみである旨明示した場合等を除き、それ以外の要素を排除するものでないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。 In addition, when we say “consists of A”, “consists of A”, “have A”, and “include A”, except for those cases where it is clearly stated that it is only that element, etc., the other elements are excluded. It goes without saying that it is not something to do. Similarly, in the following embodiments, when referring to the shapes, positional relationships and the like of components etc., the shapes thereof are substantially the same unless particularly clearly stated and where it is apparently clearly not so in principle. It is assumed that it includes things that are similar or similar to etc. The same applies to the above numerical values and ranges.
また、以下の実施の形態を説明するための図面において、各部位の大きさは実デバイスと対応するものではなく、図面を分かりやすくするため、特定の部位を相対的に大きく表示する場合がある。また、同一機能を有するものは原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。 Further, in the drawings for explaining the following embodiments, the size of each part does not correspond to that of the actual device, and a specific part may be displayed relatively large in order to make the drawing easy to understand. . Moreover, what has the same function attaches | subjects the code | symbol same as a principle, and the description of the repetition is abbreviate | omitted.
以下、本実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the present embodiment will be described in detail based on the drawings.
≪炭化珪素スイッチング素子の構造≫
本実施例1による炭化珪素スイッチング素子の構造について図1を用いて説明する。炭化珪素スイッチング素子を構成する単位セルは、DMOSFETである。図1は、本実施例1による炭化珪素スイッチング素子を構成するDMOSFETを示す断面図である。
<< Structure of Silicon Carbide Switching Element >>
The structure of the silicon carbide switching device according to the first embodiment will be described with reference to FIG. The unit cell constituting the silicon carbide switching element is a DMOSFET. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a DMOSFET constituting a silicon carbide switching device according to the first embodiment.
図1に示すように、炭化珪素(SiC)からなるn+型SiC基板100の表面(第1主面)上に、n+型SiC基板100よりも不純物濃度の低い炭化珪素(SiC)からなるn−型エピタキシャル層101が形成されている。n−型エピタキシャル層101の厚さは、例えば5.0〜100.0μm程度である。
As shown in FIG. 1, silicon carbide (SiC) having an impurity concentration lower than that of n + -
n−型エピタキシャル層101内には、n−型エピタキシャル層101の表面から所定の深さを有して、複数のp型ボディ領域(p型ウェル領域、p型ベース領域)110が互いに離間して形成されている。p型ボディ領域110のn−型エピタキシャル層101の表面からの深さは、例えば1.0μm程度である。
In n - type
p型ボディ領域110内には、n−型エピタキシャル層101の表面から所定の深さを有して、n+型ソース領域111が形成されている。n+型ソース領域111は、p型ボディ領域110の端部側面と離間してp型ボディ領域110内に形成されており、n+型ソース領域111のn−型エピタキシャル層101の表面からの深さは、例えば0.1〜0.5μm程度である。
In the p-
また、p型ボディ領域110の電位を固定するp+型電位固定領域(p+型ウェルコンタクト領域、p+型ベースコンタクト領域)112が形成されている。p+型電位固定領域112のn−型エピタキシャル層101の表面からの深さは、例えば0.1〜0.5μm程度である。
In addition, ap + -type potential fixing region (p + -type well contact region, p + -type base contact region) 112 for fixing the potential of the p-
互いに隣り合うp型ボディ領域110に挟まれた領域がJFET(Junction Field Effect Transistor)領域102として機能する部位である。また、p型ボディ領域110の端部側面(JFET領域102とp型ボディ領域110との界面)とn+型ソース領域111の端部側面(p型ボディ領域110とn+型ソース領域111との界面)との間に位置するp型ボディ領域110がチャネル領域170として機能する部位である。
A region sandwiched between p-
n−型エピタキシャル層101のうち、p型ボディ領域110およびJFET領域102が形成されていない領域が、耐圧を確保する役目を担うドリフト層として機能する領域である。
In the n − -type
なお、「−」および「+」は、導電型がn型またはp型の相対的な不純物濃度を表記した符号であり、例えば「n−」、「n」、「n+」の順にn型不純物の不純物濃度は高くなり、「p−」、「p」、「p+」の順にp型不純物の不純物濃度は高くなる。 Note that “ − ” and “ + ” are symbols indicating relative impurity concentration of n type or p type conductivity type, and for example, n type in the order of “n − ”, “n” and “n + ” The impurity concentration of the impurity is increased, and the impurity concentration of the p-type impurity is increased in the order of “p − ”, “p”, and “p + ”.
n+型SiC基板100の不純物濃度の好ましい範囲は、例えば1×1018〜1×1021cm−3程度、n−型エピタキシャル層101の不純物濃度の好ましい範囲は、例えば1×1014〜1×1018cm−3程度である。また、p型ボディ領域110の不純物濃度の好ましい範囲は、例えば5×1016〜1×1019cm−3程度、n+型ソース領域111の不純物濃度の好ましい範囲は、例えば1×1018〜1×1021cm−3程度、p+型電位固定領域112の不純物濃度の好ましい範囲は、例えば1×1018〜1×1021cm−3程度である。
The preferable range of the impurity concentration of the n + -
チャネル領域170上にはゲート絶縁膜121が形成され、ゲート絶縁膜121上にはゲート電極122が形成されている。実際には、ゲート電極122は、p型ボディ領域110上およびJFET領域102上に形成され、n+型ソース領域111上の一部にもオーバーラップして形成されている。
A
さらに、n+型ソース領域111上に第1層間絶縁膜120が形成されており、ゲート電極122の端部は、第1層間絶縁膜120上にゲート絶縁膜121を介して乗り上がっている。そして、第1層間絶縁膜120のチャネル領域170側の端部は、n+型ソース領域111からチャネル領域170に向かう方向に徐々に第1層間絶縁膜120の厚さが薄くなる、傾斜面を有する構造となっている。従って、ゲート電極122の下面(ゲート絶縁膜121と接する面)とn+型ソース領域111の上面(n−型エピタキシャル層101の上面)との距離d(第1層間絶縁膜120の厚さ+ゲート絶縁膜121の厚さ)は、チャネル領域170からn+型ソース領域111に向かう方向に徐々に増加することになる。
Furthermore, the first
ゲート絶縁膜121およびゲート電極122は第2層間絶縁膜123により覆われている。第2層間絶縁膜123に形成された開口部124の底面にはn+型ソース領域111の一部およびp+型電位固定領域112が露出し、これら表面に金属シリサイド層150が形成されている。
The
さらに、n+型ソース領域111の一部およびp+型電位固定領域112は、金属シリサイド層150を介してソース配線用電極(ソース・ベースコンタクト共通電極)160と電気的に接続されている。また、n+型SiC基板100の裏面(第2主面)は、金属シリサイド層151を介してドレイン配線用電極(裏面コンタクト電極)161と電気的に接続されている。また、図示は省略するが、同様に、ゲート電極122はゲート配線用電極に電気的に接続されている。ソース配線用電極160には外部からソース電位が印加され、ドレイン配線用電極161には外部からドレイン電位が印加され、ゲート配線用電極には外部からゲート電位が印加される。
Furthermore, a part of the n + -
≪炭化珪素スイッチング素子の構造の特徴≫
次に、本実施例1による炭化珪素スイッチング素子の構造の特徴について図2および図3を用いて詳細に説明する。図2および図3は、本実施例1による炭化珪素スイッチング素子を構成するDMOSFETのゲート電極の端部を拡大して示す断面図である。
«Features of the structure of silicon carbide switching element»
Next, features of the structure of the silicon carbide switching device according to the first embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3. FIGS. 2 and 3 are enlarged cross-sectional views showing an end portion of the gate electrode of the DMOSFET constituting the silicon carbide switching device according to the first embodiment.
図2に示すように、n+型ソース領域111上に第1層間絶縁膜120が形成されており、第1層間絶縁膜120のチャネル領域170側の端部は、n+型ソース領域111からチャネル領域170に向かう方向に徐々に第1層間絶縁膜120の厚さが薄くなる、傾斜面を有する構造となっている。第1層間絶縁膜120の端部の傾斜面と、第1層間絶縁膜120の下面(n−型エピタキシャル層101の上面)とが成す角度θ1は、45度以上、かつ、90度未満である。
As shown in FIG. 2, n + first
また、JFET領域102上、チャネル領域170上および第1層間絶縁膜120上にゲート絶縁膜121が形成されている。
In addition, a
ゲート絶縁膜121の上面は、第1層間絶縁膜120の端部の傾斜面に平行な第1の上面S1と、JFET領域102およびチャネル領域170の上面に平行な第2の上面S2と、第1の上面S1と第2の上面S2とを繋ぐ第3の上面S3とを有し、第3の上面S3は曲面を含んでいる。第1の上面S1と第1層間絶縁膜120の下面(n−型エピタキシャル層101の上面)とが成す角度θ2は、上記角度θ1と同様に、45度以上、かつ、90度未満である。
The upper surface of the
また、図3に示すように、ゲート絶縁膜121の第3の上面S3の曲面の一部は円弧に近似できることから、第3の上面S3の曲面上の曲線は曲率半径R1を有している。この曲率半径R1は、ゲート絶縁膜121の種類に依存して異なるが、例えば10nm以上であり、ゲート絶縁膜121の厚さよりも大きいことが望ましい。
Further, as shown in FIG. 3, since a part of the curved surface of the third upper surface S3 of the
このように、本実施例1では、ゲート電極122の端部が、n+型ソース領域111上に形成された、チャネル領域170側に傾斜部を有する第1層間絶縁膜120上に乗り上げている。さらに、ゲート絶縁膜121の上面は、第1層間絶縁膜120の端部の傾斜面に平行な第1の上面S1と、JFET領域102およびチャネル領域170の上面に平行な第2の上面S2と、第1の上面S1と第2の上面S2とを繋ぐ第3の上面S3とを有し、第3の上面S3は、曲率半径R1を有する曲面を含んでいる。これにより、ゲート電極122の端部で生じる電界集中を緩和することができるので、ゲート電極122の端部で生じるゲート絶縁膜121のリーク電流および絶縁破壊電圧の低下を抑制することができる。
As described above, in the first embodiment, the end of the
≪炭化珪素スイッチング素子の製造方法≫
本実施例1による炭化珪素スイッチング素子の製造方法について図4〜図14を用いて工程順に説明する。図4〜図14は、本実施例1による炭化珪素スイッチング素子を構成するDMOSFETの製造工程の一例を示す断面図である。
<< Method of manufacturing silicon carbide switching element >>
The manufacturing method of the silicon carbide switching element by the present Example 1 is demonstrated to process order using FIGS. 4-14. 4 to 14 are cross-sectional views showing an example of a manufacturing process of the DMOSFET constituting the silicon carbide switching device according to the first embodiment.
まず、図4に示すように、例えばn+型SiC基板100を用意する。n+型SiC基板100には、n型不純物が導入されている。n型不純物は、例えば窒素(N)またはリン(P)であり、n型不純物の不純物濃度は、例えば1×1018〜1×1021cm−3程度である。n+型SiC基板100の厚さは、例えば350μm程度である。また、n+型SiC基板100には、8°、4°、2°または0.5°などのオフセットを有するn+型4H−SiCウエハを用いる。
First, as shown in FIG. 4, for example, an n + -
次に、n+型SiC基板100の表面にエピタキシャル成長法により炭化珪素(SiC)のn−型エピタキシャル層101を形成する。n−型エピタキシャル層101には、n+型SiC基板100の不純物濃度よりも低いn型不純物が導入されている。n−型エピタキシャル層101の不純物濃度は炭化珪素スイッチング素子の素子定格に依存するが、例えば1×1014〜1×1018cm−3程度である。また、n−型エピタキシャル層101の厚さは、例えば5.0〜100.0μmである。
Next, an n − -
次に、図5に示すように、レジストパターンをマスクとして、n−型エピタキシャル層101にp型不純物、例えばアルミニウム(Al)またはホウ素(B)をイオン注入して、n−型エピタキシャル層101の素子形成領域に複数のp型ボディ領域110を形成する。互いに隣り合うp型ボディ領域110に挟まれた領域が、JFET領域102として機能する部位である。p型ボディ領域110のn−型エピタキシャル層101の表面からの深さは、例えば1.0μm程度である。また、p型ボディ領域110の不純物濃度は、例えば5×1016〜1×1019cm−3程度である。なお、n−型エピタキシャル層101上にエピタキシャル成長法により炭化珪素(SiC)のp型エピタキシャル層をさらに形成して、p型ボディ領域110としてもよい。
Next, as shown in FIG. 5, a resist pattern as a mask, n - p-type impurity -
次に、図6に示すように、レジストパターンをマスクとして、n−型エピタキシャル層101にn型不純物、例えば窒素(N)またはリン(P)をイオン注入して、p型ボディ領域110内に、p型ボディ領域110の端部側面から離間してn+型ソース領域111を形成する。n+型ソース領域111のn−型エピタキシャル層101の表面からの深さは、例えば0.1〜0.5μm程度である。また、n+型ソース領域111の不純物濃度は、p型ボディ領域110の不純物濃度よりも高く、例えば1×1018〜1×1021cm−3程度である。
Next, as shown in FIG. 6, an n-type impurity such as nitrogen (N) or phosphorus (P) is ion-implanted into n − -
次に、図7に示すように、レジストパターンをマスクとして、n−型エピタキシャル層101にp型不純物、例えばアルミニウム(Al)またはホウ素(B)をイオン注入して、p型ボディ領域110の電位を固定する領域にp+型電位固定領域112を形成する。p+型電位固定領域112のn−型エピタキシャル層101の表面からの深さは、例えば0.1〜0.5μm程度である。また、p+型電位固定領域112の不純物濃度は、例えば1×1018〜1×1021cm−3程度である。
Next, as shown in FIG. 7, a p-type impurity such as aluminum (Al) or boron (B) is ion-implanted into n − -
次に、n+型SiC基板100の裏面上およびn−型エピタキシャル層101の上面上に、例えばプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法により炭素(C)膜(図示は省略)を堆積する。炭素(C)膜の厚さは、例えば0.03μm程度である。続いて、n+型SiC基板100およびn−型エピタキシャル層101に、例えば1,600〜1,800℃程度の温度で熱処理を施して、イオン注入した各不純物の活性化を行う。熱処理後は、炭素(C)膜を、例えば酸素プラズマアッシングにより除去する。
Next, a carbon (C) film (not shown) is deposited on the back surface of the n + -
次に、図8に示すように、n−型エピタキシャル層101の上面上に、例えばCVD法または熱酸化法により第1層間絶縁膜120を形成する。第1層間絶縁膜120は、例えば酸化珪素(SiO2)からなり、その厚さは、例えば0.1〜0.5μm程度である。
Next, as shown in FIG. 8, a first
次に、JFET領域102およびチャネル領域170の上方に、開口部を有するレジストパターンRP1を第1層間絶縁膜120上に形成する。続いて、レジストパターンRP1をマスクとして、異方性エッチングにより、第1層間絶縁膜120をエッチングして、JFET領域102上およびチャネル領域170上の第1層間絶縁膜120の厚さを薄く加工する。
Next, a resist pattern RP1 having an opening is formed on the first
このとき、第1層間絶縁膜120の厚さバラツキおよび異方性エッチングの加工ばらつきなどを考慮して、n+型ソース領域111上の一部にオーバーラップして第1層間絶縁膜120の厚さを薄く加工する。
At this time, in consideration of the thickness variation of the first
次に、図9に示すように、レジストパターンRP1をマスクとして、等方性エッチングにより、第1層間絶縁膜120をエッチングして、JFET領域102上およびチャネル領域170上の第1層間絶縁膜120を除去する。これにより、JFET領域102およびチャネル領域170の上面を露出させる。
Next, as shown in FIG. 9, the first
等方性エッチングを行ったことにより、レジストパターンRP1の端部下の第1層間絶縁膜120が等方的にエッチングされて、第1層間絶縁膜120の端部は、n+型ソース領域111からチャネル領域170に向かう方向に徐々に第1層間絶縁膜120の厚さが薄くなる、傾斜面を有する構造となる。そして、第1層間絶縁膜120の端部の傾斜面と、第1層間絶縁膜120の下面(n−型エピタキシャル層101の上面)とが成す角度は、45度以上、かつ、90度未満となる(前述の図2参照)。
By performing the isotropic etching, the first
なお、異方性エッチングを行わず、レジストパターンRP1をマスクとして等方性エッチングのみを行った場合は、原理的には、第1層間絶縁膜120の端部の傾斜面の角度は45度となる。
When anisotropic etching is not performed and only isotropic etching is performed using the resist pattern RP1 as a mask, in principle, the angle of the inclined surface of the end portion of the first
しかし、本実施例1のように、予め異方性エッチングを行い、続いて等方性エッチングを行うことにより、第1層間絶縁膜120の端部の傾斜面の角度を45度から90度の範囲で制御することができる。すなわち、第1層間絶縁膜120の大部分を異方性エッチングにより除去した場合は、傾斜面の角度は90度に近づき、一方、第1層間絶縁膜120の大部分を等方性エッチングにより除去した場合は、傾斜面の角度は45度に近づく。
However, as in the first embodiment, by performing anisotropic etching in advance and subsequently performing isotropic etching, the angle of the inclined surface of the end portion of the first
また、異方性エッチングに代えてテーパーエッチングにより、第1層間絶縁膜120をエッチングして、JFET領域102上およびチャネル領域170上の第1層間絶縁膜120の厚さを薄く加工してもよい。この場合は、テーパーエッチングにより、第1層間絶縁膜1120の端部に45度以下の角度を有する傾斜面を形成することができるので、その後、等方性エッチングを行うことにより、第1層間絶縁膜120の端部の傾斜面の角度を、45度以下とすることができる。
Alternatively, instead of anisotropic etching, the first
次に、図10に示すように、レジストパターンRP1を除去した後、JFET領域102上、チャネル領域170上および第1層間絶縁膜120上に、酸化珪素(SiO2)または酸窒化珪素(SiON)などからなるゲート絶縁膜121を形成する。ゲート絶縁膜121は、例えばCVD法により形成され、その厚さは、例えば0.01〜0.1μm程度である。
Next, as shown in FIG. 10, after removing the resist pattern RP1, silicon oxide (SiO 2 ) or silicon oxynitride (SiON) is formed on the
ここで、前述の図2および図3に示した様に、ゲート絶縁膜121の上面は、第1層間絶縁膜120の端部の傾斜面に平行な第1の上面S1と、JFET領域102およびチャネル領域170の上面に平行な第2の上面S2と、第1の上面S1と第2の上面S2とを繋ぐ第3の上面S3とを有し、第3の上面S3は、曲率半径を有する曲面を含んでいる。そして、その曲率半径は、ゲート絶縁膜121の種類に依存して異なる。例えば等方性の大きい酸化膜などの場合は、曲率半径は大きくなり、異方性の大きい酸化膜などの場合は、曲率半径は小さくなる。
Here, as shown in FIG. 2 and FIG. 3 described above, the upper surface of the
なお、ゲート絶縁膜121は熱酸化法により形成することもできる。熱酸化法では、第1層間絶縁膜120の上面上には、ゲート絶縁膜121は形成されない。しかし、n−型エピタキシャル層101の上面に形成されるゲート絶縁膜121が、第1層間絶縁膜120の端部の傾斜面に沿って僅かに成長することから、ゲート絶縁膜121の上面は、JFET領域102およびチャネル領域170の上面に平行な第2の上面S2と、第2の上面S2の端部の第3の上面S3とを有し、第3の上面S3は、曲率半径を有する曲面を含んでいる。
Note that the
次に、n+型SiC基板100およびn−型エピタキシャル層101に、例えば1,000℃以上の温度で熱処理を施す。これにより、CVD法で形成された等方性の小さい酸化膜および熱酸化膜でも、上記熱処理によって一度粘性を小さくすることにより、曲率半径を大きくすることができる。
Next, heat treatment is performed on the n + -
次に、図11に示すように、ゲート絶縁膜121上に多結晶珪素(Si)膜を形成した後、レジストパターンRP2をマスクとして、この多結晶珪素(Si)膜をドライエッチング法により加工して、ゲート電極122を形成する。ゲート電極122の厚さは、例えば0.1〜0.5μm程度である。
Next, as shown in FIG. 11, a polycrystalline silicon (Si) film is formed on the
次に、図12に示すように、レジストパターンRP2を除去した後、ゲート絶縁膜121上にゲート電極122を覆うように、例えばプラズマCVD法により第2層間絶縁膜123を形成する。
Next, as shown in FIG. 12, after removing the resist pattern RP2, a second
次に、レジストパターン(図示は省略)をマスクとして、第2層間絶縁膜123、ゲート絶縁膜121および第1層間絶縁膜120をドライエッチング法により加工して、n+型ソース領域111の一部およびp+型電位固定領域112に達する開口部124を形成する。さらに、レジストパターン(図示は省略)をマスクとして、第2層間絶縁膜123をドライエッチング法により加工して、ゲート電極122に達する開口部(図示は省略)を形成する。
Next, the second
次に、図13に示すように、開口部124の底面に露出しているn+型ソース領域111の一部およびp+型電位固定領域112のそれぞれの表面に金属シリサイド層150、例えばニッケルシリサイド(NiSi)層を形成する。
Next, as shown in FIG. 13, a
次に、図14に示すように、n+型SiC基板100の裏面に金属シリサイド層151、例えばニッケルシリサイド(NiSi)層を形成する。続いて、金属シリサイド層151を覆うように、ドレイン配線用電極161を形成する。ドレイン配線用電極161の厚さは、例えば0.4μm程度である。
Next, as shown in FIG. 14, a
次に、n+型ソース領域111の一部およびp+型電位固定領域112に達する開口部124の内部、並びにゲート電極122に達する開口部(図示は省略)の内部を含む第2層間絶縁膜123上に金属膜、例えばチタン(Ti)膜と窒化チタン(TiN)膜とアルミニウム(Al)膜とからなる積層膜を堆積する。続いて、積層膜を加工することにより、n+型ソース領域111の一部およびp+型電位固定領域112と電気的に接続するソース配線用電極160およびゲート電極122と電気的に接続するゲート配線用電極(図示は省略)を形成する。
Next, a second interlayer insulating film including a portion of n + -
その後、ソース配線用電極160およびゲート配線用電極(図示は省略)にそれぞれ外部配線が電気的に接続されることにより、炭化珪素スイッチング素子が、略完成する。
Thereafter, external wirings are electrically connected to source
≪実施例1の変形例≫
本実施例1の変形例による炭化珪素スイッチング素子の構造について図15を用いて説明する。図15は、本実施例1の変形例による炭化珪素スイッチング素子を構成するDMOSFETを示す断面図である。
<< Modification of
The structure of the silicon carbide switching element according to the modification of the first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 15 is a cross-sectional view showing a DMOSFET constituting a silicon carbide switching device according to a modification of the first embodiment.
前述の図1に示した炭化珪素スイッチング素子と相違する主な点は、DMOSFETのゲート電極の構造である。その他の構成は、前述の図1に示した炭化珪素スイッチング素子の構成とほぼ同様である。 The main difference from the silicon carbide switching element shown in FIG. 1 described above is the structure of the gate electrode of the DMOSFET. The other configuration is substantially the same as the configuration of the silicon carbide switching element shown in FIG. 1 described above.
すなわち、前述の図1に示したDMOSFETでは、n+型ソース領域111上に第1層間絶縁膜120が形成され、この第1層間絶縁膜120の平坦面上にゲート絶縁膜121を介してゲート電極122の端部が乗り上がっている。
That is, in the DMOSFET shown in FIG. 1 described above, the first
これに対して、図15に示すように、変形例によるDMOSFETでは、ゲート電極122Aの端部が第1層間絶縁膜120の平坦面上に乗り上がっておらず、ゲート電極122Aの上面と、第1層間絶縁膜120の平坦面上に形成されたゲート絶縁膜121の上面とが同一面上となっている。
On the other hand, as shown in FIG. 15, in the DMOSFET according to the modification, the end of the
図15に示すゲート電極122Aは、前述の図10に示したゲート絶縁膜121の形成工程に続いて、ゲート絶縁膜121上に多結晶珪素(Si)膜を形成し、この多結晶珪素(Si)膜を、例えばCMP(Chemical Mechanical Polishing)法によりゲート絶縁膜121が露出するまで研削することで形成される。
In the
このような形状のゲート電極122Aであっても、ゲート絶縁膜121の上面は、第1層間絶縁膜120の端部の傾斜面に平行な第1の上面と、JFET領域102およびチャネル領域170の上面に平行な第2の上面と、第1の上面と第2の上面とを繋ぐ第3の上面とを有し、第3の上面は、曲率半径を有する曲面を含んでいる。これにより、ゲート電極122Aの端部で生じる電界集中を緩和することができるので、ゲート電極122Aの端部で生じるゲート絶縁膜121のリーク電流および絶縁破壊電圧の低下を抑制することができる。
Even in the
また、ゲート絶縁膜122Aは、第1層間絶縁膜120上にゲート絶縁膜121を介して乗り上がらないので、その分、セルピッチを縮めることができる。
Further, since the
≪パワーモジュール、電力変換装置および三相モータシステム≫
本実施例1によるパワーモジュール、電力変換装置およびその電力変換装置を備えた三相モータシステムについて説明する。本実施例1によるパワーモジュールは、前述の炭化珪素スイッチング素子を備えている。なお、本実施例によるパワーモジュールは、前述の炭化珪素スイッチング素子を三相インバータ回路に適用したものである。
«Power module, power converter and three-phase motor system»
A power module, a power conversion device, and a three-phase motor system including the power conversion device according to the first embodiment will be described. The power module according to the first embodiment includes the above-described silicon carbide switching element. In addition, the power module by a present Example applies the above-mentioned silicon carbide switching element to a three-phase inverter circuit.
図16は、本実施例1による三相モータシステムの構成を示す図である。 FIG. 16 is a diagram showing the configuration of a three-phase motor system according to the first embodiment.
図16に示すように、三相モータシステム30は、インバータ装置としての電力変換装置31と、三相モータなどからなる負荷32と、直流電源33と、コンデンサなどからなる容量34とを備えている。電力変換装置31は、三相インバータ回路としてのパワーモジュール35と、制御回路36とを備えている。負荷32は、パワーモジュール35の三相の出力端子である、出力端子TO1、TO2およびTO3に接続されている。また、直流電源33および容量34は、パワーモジュール35の2つの入力端子である、入力端子TI1と入力端子TI2との間に、互いに並列に接続されている。
As shown in FIG. 16, the three-
三相インバータ回路としてのパワーモジュール35は、スイッチング素子37u、37v、37w、37x、37yおよび37zを有する。スイッチング素子37uおよび37xは、入力端子TI1と入力端子TI2との間に、直列に接続されている。スイッチング素子37vおよび37yは、入力端子TI1と入力端子TI2との間に、直列に接続されている。スイッチング素子37wおよび37zは、入力端子TI1と入力端子TI2との間に、直列に接続されている。
The
スイッチング素子37u、37v、37w、37x、37yおよび37zの各々は、MOSFET38と、ボディダイオード39とを含む。スイッチング素子37u、37v、37w、37x、37yおよび37zの各々として、前述の炭化珪素スイッチング素子を用いることができ、MOSFET38として、前述のDMOSFETを用いることができる。また、ボディダイオード39として、炭化珪素スイッチング素子に内蔵されたボディダイオードを用いることができる。
Each of switching
スイッチング素子37u、37v、37w、37x、37yおよび37zにそれぞれ設けられた複数のMOSFET38の各々のゲート電極は、パワーモジュール35の6つの制御端子である、制御端子TC1、TC2、TC3、TC4、TC5およびTC6にそれぞれ接続されている。また、制御回路36は、制御端子TC1、TC2、TC3、TC4、TC5およびTC6の各々に接続されている。したがって、制御回路36は、スイッチング素子37u、37v、37w、37x、37yおよび37zにそれぞれ設けられた複数のMOSFET38の各々のゲート電極に接続されている。制御回路36は、スイッチング素子37u、37v、37w、37x、37yおよび37zを駆動する。
The gate electrodes of each of the plurality of
制御回路36は、各スイッチング素子37u、37v、37w、37x、37yおよび37zのオン状態とオフ状態とが予め設定されたタイミングで交互に切り替わるように、スイッチング素子37u、37v、37w、37x、37yおよび37zのそれぞれを駆動する。これにより、直流電圧から、U相、V相およびW相の三相の交流電圧を生成し、直流電力を三相の交流電力に変換する。負荷32は、この三相の交流電力によって駆動される。
The
本実施例1による炭化珪素スイッチング素子は、前述のように高耐圧ゲート電極を有するので、通常よりも大きな負バイアスを印加することができるため、誤点弧を回避することができ、高信頼なパワーモジュール35を実現することができる。
Since the silicon carbide switching device according to the first embodiment has the high breakdown voltage gate electrode as described above, a negative bias larger than usual can be applied, so that false ignition can be avoided and it is highly reliable. The
≪炭化珪素スイッチング素子の構造≫
本実施例2による炭化珪素スイッチング素子の構造について図17を用いて説明する。図17は、本実施例2による炭化珪素スイッチング素子を構成するDMOSFETを示す断面図である。
<< Structure of Silicon Carbide Switching Element >>
The structure of the silicon carbide switching element according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 17 is a cross-sectional view showing a DMOSFET constituting a silicon carbide switching device according to the second embodiment.
前述の図1に示した炭化珪素スイッチング素子と相違する主な点は、DMOSFETのゲート電極の構造である。その他の構成は、前述の図1に示した炭化珪素スイッチング素子の構成とほぼ同様である。 The main difference from the silicon carbide switching element shown in FIG. 1 described above is the structure of the gate electrode of the DMOSFET. The other configuration is substantially the same as the configuration of the silicon carbide switching element shown in FIG. 1 described above.
すなわち、前述の図1に示したDMOSFETでは、n+型ソース領域111上に第1層間絶縁膜120が形成され、この第1層間絶縁膜120上にゲート絶縁膜121を介してゲート電極122の端部が乗り上がっている。
That is, in the DMOSFET shown in FIG. 1 described above, the first
これに対して、図17に示すように、本実施例2によるDMOSFETでは、第1層間絶縁膜120が形成されていない。そして、ゲート電極201の端部下の角部では、ゲート電極201はゲート絶縁膜121に接しておらず、ゲート電極201の端部下の角部の下面とゲート絶縁膜121の上面(またはn−型エピタキシャル層101の上面)との距離は、チャネル領域170からn+型ソース領域111に向かう方向に徐々に増加している。
On the other hand, as shown in FIG. 17, in the DMOSFET according to the second embodiment, the first
さらに、チャネル長方向において、ゲート絶縁膜121の上面に平行なゲート電極201の上面の長さは、ゲート電極201のゲート絶縁膜121に接する下面の長さよりも長く、ゲート電極201の側面は傾斜を有している。すなわち、チャネル長方向に沿った断面において、ゲート電極201は逆テーパー形状となっている。
Furthermore, in the channel length direction, the length of the upper surface of the
≪炭化珪素スイッチング素子の構造の特徴≫
次に、本実施例2による炭化珪素スイッチング素子の構造の特徴について図18および図19を用いて詳細に説明する。図18および図19は、本実施例2による炭化珪素スイッチング素子を構成するDMOSFETのゲート電極の端部を拡大して示す断面図である。
«Features of the structure of silicon carbide switching element»
Next, features of the structure of the silicon carbide switching element according to the second embodiment will be described in detail with reference to FIGS. 18 and 19. FIG. 18 and FIG. 19 are enlarged cross-sectional views showing the end portion of the gate electrode of the DMOSFET constituting the silicon carbide switching device according to the second embodiment.
図18に示すように、JFET領域102上、チャネル領域170上およびn+型ソース領域111上にゲート絶縁膜121が形成されている。そして、n+型ソース領域111上に、ゲート電極201の端部がゲート絶縁膜121を介して位置している。
As shown in FIG. 18, a
さらに、前述したように、ゲート電極201は逆テーパー形状となっている。ゲート電極201の側面と、ゲート電極201が形成されていないゲート絶縁膜121の上面とが成す角度θ3は、45度以上、かつ、90度未満である。
Furthermore, as described above, the
また、ゲート電極201は、ゲート絶縁膜121に接する第1の下面SA1と、ゲート電極201の側面SA2と、下面SA1と側面SA3とを繋ぎ、ゲート絶縁膜121に接しない第2の下面SA3とを有し、第2の下面SA3は曲面を含んでいる。
The
また、図19に示すように、ゲート電極201の第2の下面SA3の曲面の一部は円弧に近似できることから、第2の下面SA3の曲面上の曲線は曲率半径R2を有している。この曲率半径R2は、例えば10nm以上であり、ゲート絶縁膜121の厚さよりも大きいことが望ましい。
Further, as shown in FIG. 19, since a part of the curved surface of the second lower surface SA3 of the
前述の図17〜図19では、チャネル長方向において、ゲート電極201の上面の長さが、ゲート電極201の下面の長さよりも長い、いわゆる逆テーパー形状のゲート電極201を例示したが、これに限定されるものではない。
In FIGS. 17 to 19, the so-called reverse tapered
図20(a)、(b)および(c)は、本実施例2の変形例による炭化珪素スイッチング素子を構成するDMOSFETの種々のゲート電極の構造を説明する断面図である。 20 (a), (b) and (c) are cross-sectional views for explaining the structures of various gate electrodes of the DMOSFET constituting the silicon carbide switching device according to the modification of the second embodiment.
図20(a)は、前述の図17〜図19に示したゲート電極201であり、ゲート電極201と相違する構造のゲート電極202および203を図20(b)および(c)にそれぞれ示す。
FIG. 20 (a) shows the
図20(b)に示すように、チャネル長方向において、ゲート絶縁膜121の上面に平行なゲート電極202の上面の長さが、ゲート電極202のゲート絶縁膜121に接する下面の長さよりも短いゲート構造であってもよい。さらに、ゲート電極202の側面は傾斜を有している。すなわち、チャネル長方向に沿った断面において、ゲート電極202はテーパー形状となっている。
As shown in FIG. 20B, the length of the upper surface of the gate electrode 202 parallel to the upper surface of the
しかし、ゲート電極202は、ゲート絶縁膜121に接する第1の下面と、ゲート電極202の側面と、上記第1の下面と上記側面とを繋ぎ、ゲート絶縁膜121に接しない第2の下面とを有している。この第2の下面は曲面を含んでいる。
However, the gate electrode 202 connects the first lower surface in contact with the
従って、ゲート電極201と同様に、ゲート電極202の端部下の角部では、ゲート電極202はゲート絶縁膜121に接しておらず、ゲート電極202の端部下の角部の第2の下面とゲート絶縁膜121の上面(またはn−型エピタキシャル層101の上面)との距離は、チャネル領域170からn+型ソース領域111に向かう方向に徐々に増加している。
Therefore, like the
また、ゲート電極202の第2の下面の曲面上の曲線は曲率半径を有しており、この曲率半径は、例えば10nm以上であり、ゲート絶縁膜121の厚さよりも大きいことが望ましい。
The curved surface on the curved surface of the second lower surface of the gate electrode 202 has a radius of curvature, and the radius of curvature is, for example, 10 nm or more, which is desirably larger than the thickness of the
また、図20(c)に示すように、チャネル長方向において、ゲート絶縁膜121の上面に平行なゲート電極203の上面の長さと、ゲート電極203のゲート絶縁膜121に接する下面の長さとが、ほぼ同じゲート構造であってもよい。さらに、ゲート電極203の側面は、ゲート絶縁膜121の上面に対してほぼ垂直である。
Further, as shown in FIG. 20C, the length of the upper surface of the
しかし、ゲート電極203は、ゲート絶縁膜121に接する第1の下面と、ゲート電極203の側面と、上記第1の下面と上記側面とを繋ぎ、ゲート絶縁膜121に接しない第2の下面とを有している。この第2の下面は曲面を含んでいる。
However, the
従って、ゲート電極201および202と同様に、ゲート電極203の端部下の角部では、ゲート電極203はゲート絶縁膜121に接しておらず、ゲート電極203の端部下の角部の第2の下面とゲート絶縁膜121の上面(またはn−型エピタキシャル層101の上面)との距離は、チャネル領域170からn+型ソース領域111に向かう方向に徐々に増加している。
Therefore, like the
また、ゲート電極203の第2の下面の曲面上の曲線は曲率半径を有しており、この曲率半径は、例えば10nm以上であり、ゲート絶縁膜121の厚さよりも大きいことが望ましい。
The curved surface on the curved surface of the second lower surface of the
このように、本実施例2では、ゲート電極201、202および203は、ゲート絶縁膜121と接するゲート電極201、202および203の第1の下面と、側面と、第1の下面と側面とを繋ぎ、ゲート絶縁膜121に接しない第2の下面とを有し、第2の下面は曲率半径を有する曲面を含んでいる。これにより、ゲート電極201、202および203の端部で生じる電界集中を緩和することができるので、ゲート電極201、202および203の端部で生じるゲート絶縁膜121のリーク電流および絶縁破壊電圧の低下を抑制することができる。
As described above, in the second embodiment, the
≪炭化珪素スイッチング素子の製造方法≫
本実施例1による炭化珪素スイッチング素子の製造方法について図21〜図24を用いて工程順に説明する。図21〜図24は、本実施例2による炭化珪素スイッチング素子を構成するDMOSFETの製造工程の一例を示す断面図である。なお、n−型エピタキシャル層101に、p型ボディ領域110、n+型ソース領域111およびp+型電位固定領域112を形成するまでの製造過程(前述の図5〜図7参照)は、前述した実施例1と同様であるため、その説明を省略する。また、ここで説明するDMOSFETは、前述の図17に示した逆テーパー形状のゲート電極201を有するDMOSFETである。
<< Method of manufacturing silicon carbide switching element >>
The manufacturing method of the silicon carbide switching element by the present Example 1 is demonstrated to process order using FIGS. 21-24. 21 to 24 are cross sectional views showing an example of a manufacturing process of a DMOSFET constituting a silicon carbide switching device according to the second embodiment. The manufacturing process (see FIGS. 5 to 7 described above) until the p-
図21および図22に示すように、n−型エピタキシャル層101の上面上に、酸化珪素(SiO2)または酸窒化珪素(SiON)などからなるゲート絶縁膜121を形成する。ゲート絶縁膜121は、例えばCVD法により形成され、その厚さは、例えば0.01〜0.1μm程度である。
As shown in FIGS. 21 and 22, a
次に、ゲート絶縁膜121上に多結晶珪素(Si)膜を形成する。次に、レジストパターンをマスクとして、異方性エッチングにより、多結晶珪素(Si)膜をエッチングして、レジストパターンに覆われていない領域のゲート絶縁膜121を露出させる。続いて、異方性エッチングの出力を落として、ゲート絶縁膜121との選択性のよい追加エッチングを行うことにより、加工された多結晶珪素(Si)膜の側面をエッチングする。これにより、チャネル長方向において、上面の長さが下面の長さよりも長い多結晶珪素(Si)膜201aを形成する。また、多結晶珪素(Si)膜201aの端部は、n+型ソース領域111の上方に位置するように、多結晶珪素(Si)膜201aは形成される。
Next, a polycrystalline silicon (Si) film is formed on the
次に、図23および図24に示すように、例えば1,000℃以上の温度で、多結晶珪素(Si)膜201aを酸化または増速酸化を行うことにより、ゲート電極201を形成する。
Next, as shown in FIGS. 23 and 24, the
ゲート電極201の側面は、ゲート絶縁膜121の上面に対して傾斜しており、ゲート電極201の端部下の角部では、ゲート電極201はゲート絶縁膜121に接しておらず、ゲート電極201の端部下の角部の下面とゲート絶縁膜121の上面との距離は、チャネル領域170からn+型ソース領域111に向かう方向に徐々に増加している。
The side surface of the
また、ゲート電極201の側面と、ゲート電極201のゲート絶縁膜121と接する下面とは、ゲート電極201の端部下の角部の下面で繋がっており、その角部の下面は、曲率半径を有する曲面を含んでいる。
Further, the side surface of the
その後は、前述した実施例1と同様にして、第2層間絶縁膜123、金属シリサイド層150および151、ソース配線用電極160、ドレイン配線用電極161およびゲート電極201と電気的に接続するゲート配線用電極(図示は省略)などを形成する。さらに、ソース配線用電極160およびゲート配線用電極(図示は省略)にそれぞれ外部配線が電気的に接続されることにより、前述の図17に示す炭化珪素スイッチング素子が、略完成する。
After that, as in the first embodiment described above, the gate wiring electrically connected to the second
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。 As mentioned above, although the invention made by the present inventor was concretely explained based on an embodiment, the present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, and can be variously changed in the range which does not deviate from the gist. Needless to say.
30 三相モータシステム
31 電力変換装置
32 負荷
33 直流電源
34 容量
35 パワーモジュール
36 制御回路
37u,37v,37w,37x,37y,37z スイッチング素子
38 MOSFET
39 ボディダイオード
100 n+型SiC基板
101 n−型エピタキシャル層
102 JFET領域
110 p型ボディ領域(p型ウェル領域、p型ベース領域)
111 n+型ソース領域
112 p+型電位固定領域(p+型ウェルコンタクト領域、p+型ベースコンタクト領域)
120 第1層間絶縁膜
121 ゲート絶縁膜
122,122A ゲート電極
123 第2層間絶縁膜
124 開口部
150,151 金属シリサイド層
160 ソース配線用電極(ソース・ベースコンタクト共通電極)
161 ドレイン配線用電極(裏面コンタクト電極)
170 チャネル領域
201 ゲート電極
201a 多結晶珪素膜
202,203 ゲート電極
RP1,RP2 レジストパターン
S1 第1の上面
S2 第2の上面
S3 第3の上面
SA1 第1の下面
SA2 側面
SA3 第2の下面
TC1,TC2,TC3,TC4,TC5,TC6 制御端子
TI1,TI2 入力端子
TO1,TO2,TO3 出力端子
30 three-
39 body diode 100 n + type SiC substrate 101 n −
111 n + type source region 112 p + type potential fixing region (p + type well contact region, p + type base contact region)
120 first
161 Electrode for drain wiring (back contact electrode)
170
Claims (9)
前記基板の主面上に形成された炭化珪素からなる前記第1導電型のエピタキシャル層と、
前記エピタキシャル層の上面から前記エピタキシャル層内に形成された前記第1導電型とは異なる第2導電型の複数のボディ領域と、
互いに隣り合う前記ボディ領域に挟まれた前記第1導電型のJFET領域と、
前記ボディ領域の端部側面と離間して、前記エピタキシャル層の上面から前記ボディ領域内に形成された前記第1導電型のソース領域と、
前記ボディ領域の端部側面と前記ソース領域の端部側面との間の前記ボディ領域の表層部に形成されたチャネル領域と、
前記ソース領域上に形成された第1絶縁膜と、
前記JFET領域上、前記チャネル領域上および前記第1絶縁膜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たゲート電極と、
前記ゲート電極を覆うように形成された第2絶縁膜と、
を備え、
前記第1絶縁膜の前記チャネル領域側の端部は、前記ソース領域から前記チャネル領域に向かう方向に従って前記第1絶縁膜の厚さが薄くなる、傾斜面を有し、
前記第1絶縁膜の前記傾斜面上に形成された前記ゲート絶縁膜の第1の上面と、前記チャネル領域上に形成された前記ゲート絶縁膜の第2の上面とは、前記ゲート絶縁膜の第3の上面により繋がっており、
前記第3の上面は曲面を含み、前記曲面上の曲線は曲率半径を有し、
前記曲率半径は、前記ゲート絶縁膜の厚さよりも大きい、炭化珪素スイッチング素子。 A substrate of a first conductivity type made of silicon carbide;
An epitaxial layer of the first conductivity type made of silicon carbide formed on the main surface of the substrate;
A plurality of body regions of a second conductivity type different from the first conductivity type formed in the epitaxial layer from the top surface of the epitaxial layer;
A JFET region of the first conductivity type sandwiched between the body regions adjacent to each other;
A source region of the first conductivity type formed in the body region from an upper surface of the epitaxial layer at a distance from an end side surface of the body region;
A channel region formed in a surface portion of the body region between an end side surface of the body region and an end side surface of the source region;
A first insulating film formed on the source region;
A gate insulating film formed on the JFET region, the channel region, and the first insulating film;
A gate electrode formed on the gate insulating film;
A second insulating film formed to cover the gate electrode;
Equipped with
The end of the first insulating film on the channel region side has an inclined surface in which the thickness of the first insulating film decreases in the direction from the source region to the channel region,
The first upper surface of the gate insulating film formed on the inclined surface of the first insulating film and the second upper surface of the gate insulating film formed on the channel region are the gate insulating films. It is connected by the 3rd upper surface,
Said third top surface includes a curved surface, the curve on the curved surface have a radius of curvature,
The silicon carbide switching element , wherein the radius of curvature is larger than the thickness of the gate insulating film .
前記曲率半径は、10nm以上である、炭化珪素スイッチング素子。 In the silicon carbide switching device according to claim 1,
The silicon carbide switching element, wherein the radius of curvature is 10 nm or more.
前記ゲート絶縁膜の前記第1の上面と前記第1絶縁膜の下面とが成す角度は、45度以上、かつ、90度未満である、炭化珪素スイッチング素子。 In the silicon carbide switching device according to claim 1,
The silicon carbide switching element, wherein an angle formed by the first upper surface of the gate insulating film and the lower surface of the first insulating film is 45 degrees or more and less than 90 degrees.
前記ゲート絶縁膜の前記第1の上面は、前記第1絶縁膜の前記傾斜面と平行であり、
前記ゲート絶縁膜の前記第2の上面は、前記エピタキシャル層の上面と平行である、炭化珪素スイッチング素子。 In the silicon carbide switching device according to claim 1,
The first upper surface of the gate insulating film is parallel to the inclined surface of the first insulating film,
The silicon carbide switching element, wherein the second upper surface of the gate insulating film is parallel to the upper surface of the epitaxial layer.
前記基板の主面上に形成された炭化珪素からなる前記第1導電型のエピタキシャル層と、
前記エピタキシャル層の上面から前記エピタキシャル層内に形成された前記第1導電型とは異なる第2導電型の複数のボディ領域と、
互いに隣り合う前記ボディ領域に挟まれた前記第1導電型のJFET領域と、
前記ボディ領域の端部側面と離間して、前記エピタキシャル層の上面から前記ボディ領域内に形成された前記第1導電型のソース領域と、
前記ボディ領域の端部側面と前記ソース領域の端部側面との間の前記ボディ領域の表層部に形成されたチャネル領域と、
前記JFET領域上および前記チャネル領域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たゲート電極と、
を備え、
前記ゲート電極は、前記ゲート絶縁膜に接する第1の下面と、側面と、前記第1の下面と前記側面とを繋ぎ、前記ゲート絶縁膜に接しない第2の下面と、を有し、
前記第2の下面と前記エピタキシャル層の上面との距離は、前記チャネル領域から前記ソース領域に向かう方向に従って増加し、
前記第2の下面は曲面を含み、前記曲面上の曲線は曲率半径を有し、
前記曲率半径は、前記ゲート絶縁膜の厚さよりも大きい、炭化珪素スイッチング素子。 A substrate of a first conductivity type made of silicon carbide;
An epitaxial layer of the first conductivity type made of silicon carbide formed on the main surface of the substrate;
A plurality of body regions of a second conductivity type different from the first conductivity type formed in the epitaxial layer from the top surface of the epitaxial layer;
A JFET region of the first conductivity type sandwiched between the body regions adjacent to each other;
A source region of the first conductivity type formed in the body region from an upper surface of the epitaxial layer at a distance from an end side surface of the body region;
A channel region formed in a surface portion of the body region between an end side surface of the body region and an end side surface of the source region;
A gate insulating film formed on the JFET region and the channel region;
A gate electrode formed on the gate insulating film;
Equipped with
The gate electrode has a first lower surface in contact with the gate insulating film, a side surface, and a second lower surface connecting the first lower surface and the side surface and not in contact with the gate insulating film.
The distance between the second lower surface and the upper surface of the epitaxial layer increases in the direction from the channel region to the source region;
Said second bottom surface includes a curved surface, the curve on the curved surface have a radius of curvature,
The silicon carbide switching element , wherein the radius of curvature is larger than the thickness of the gate insulating film .
前記曲率半径は、10nm以上である、炭化珪素スイッチング素子。 In the silicon carbide switching device according to claim 5 ,
The silicon carbide switching element, wherein the radius of curvature is 10 nm or more.
前記ゲート電極は、チャネル長方向に沿った断面視において、逆テーパー形状を有している、炭化珪素スイッチング素子。 In the silicon carbide switching device according to claim 5 ,
The silicon carbide switching element, wherein the gate electrode has a reverse tapered shape in a cross-sectional view along the channel length direction.
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